近年来，3D打印技术频繁出现在人们生活中，与传统工艺加工相比，是一种全新的制作理念，其特点是:加工速度快，制造形状任意化及制作周期短，材料利用率高;能够实现数字化，智能化，并行化;产品精度较高，具有良好的力学性能，使得3D打印在金属成形领域中的作用非常突出。

其基本原理是离散与堆积，实现形式为“增材制造冶”。与传统制造业不同，其应用领域广泛，制造过程将数字化信息技术与制造技术融合，根据任意零件三维模型成形复杂形状的零件，无需专用模具，这意味着3D打印技术在金属成形过程中发挥着不可替代的作用。随着3D打印技术的工艺研发的深入，材料种类的增加，过程因素变得可控，使得 3D 打印技术在金属成形领域中的应用前景非常乐观。

3D打印技术的研究现状

1.13D打印成形工艺研究现状

近年来，随着3D打印的发展，产品的精度要求愈来愈苛刻，因此其成形工艺的研究也成为一大热点。

林鑫、贾文鹏等人研究激光成形过程中工艺参数对钛合金组织、力学性能的影响，如激光功率 P、扫描速度 V、搭接率、Z轴增量、孔隙度、体积收缩率及对温度场的控制等，针对成形过程中的激光搭接率因素，对718铝合金做出了具体的组织分析，研究表明这些参数对产品的成形影响很大，直接影响着产品的力学性能。

陈静、杨海鸥等人利用激光成形技术实现了高性能复杂结构、致密金属零件的直接成形，研究成形过程中局部热输入导致的不均匀温度场问题及成形零件的残余应力和变形问题。

黄卫东等人利用激光成形技术对铝合金、模具等进行修复实验，发现修复过程产生的缺陷主要有:界面熔合不良、气孔和液化裂纹。通过对基材表面进行化学处理、对多层涂敷过程中的温度场进行数值模拟、优化修复工艺参数、改变粉末状态等方法可获得无气孔、裂纹的修复区，同时获得界面熔合良好的修复试样。

华南理工大学和华中科技大学对不锈钢、工具钢的激光成形进行研究，包括成形设备、工艺，及成形过程中遇到的球化、孔隙、成形机理。

华中科技大学对 304L、316L 不锈钢粉末的成形性做了深入研究，选出较优工艺参数:激光功率 98 W、扫描速度30 ~ 100 mm / s、扫描间距 0. 06 mm、扫描层厚 0. 06 ~0. 08  mm，并发现成形件的残余拉应力较大，在基板与成形件接触处，出现应力集中，为减小成形件的残余拉应力，可采取预热基板、重扫描、退火后处理的方法。

Dai 等人对多种材料激光立体成形制造过程的应力场和变形进行了模拟研究，分析材料加工顺序、扫描方式、速度等对应力和变形的影响，发现加工过程温度场分布、应力及零件的翘曲变形主要取决于材料加工顺序和材料的热物性参数，翘曲变形与温度梯度有关。

Brockmann 等人研究了运动激光束作用于薄板的二维三维瞬态温度场，其有限元模型考虑了熔化凝固过程、热物性参数随温度的变化及表面汽化对熔池温度的影响。

Thijs 等人研究了Ti-6Al-4V通过选择性激光熔融技术在交替、单向两种扫描方法下不同扫描速度的微观组织演变。 发现颗粒形成的构建取向，并为了符合研究构建方向使用更高的扫描速度，但高扫描速度由于冷却速度过快形成细条状马氏体，同时形成金属间化合物 Ti3 Al。

Panwisawas 等人研究了热流体动力学对 Ti-6Al-4V 材料在 SLM 成形过程中孔隙度的影响，通过电子显微镜观察到，随着扫描速度的增加孔的微观形态从近球状向细长形态发展，这主要是因为熔池的蒸汽压力、重力作用及热流作用力等影响。

Vilaro 等人研究了镍铬合金263利用SLM制造样品后，通过热处理工艺( 炉冷 WQ 1150℃ / 2h +800℃ / 8h，随后空冷AC) 修改微观结构，采用时效处理去除热应力，发现在随后空冷过程中700℃时硬度达到最高，残余应力在600℃/ 8h 降到最低。

Wang 等人研究了TiC / ALSi10Mg 纳米复合材料在 4 个不同研磨时间下微观结构的特征，随后经过SLM烧结形成具有强化相的复合材料，发现在成形过程中，由于冷却速度过快，纳米级的晶粒生长时间较短有效的抑制了晶粒粗化，最终测得其硬度为 185HV，抗拉强度为482 MPa，延展率为10. 8% 。

Erhard 等人研究了利用 SLM  制造与基台夹角分别为 0，45，90°的

AlSi10Mg 样品的微观结构、疲劳性能、断裂性能，发现样品微观结构组织均匀，疲劳性能与成形件与基台的夹角有关，利用300℃的热处理可以提高样品的耐疲劳性能，消除成形方向对疲劳寿命的影响。

Xie 等人研究了多孔 Ti-(4-10) Mo合金的结构特征、力学性能、耐腐蚀性。 分别制作 Mo 质量分数为4，6，8，10% 的 Ti-Mo 合金粉末，利用SLM成形，结果发现孔隙度、微观结构与力学性能、电化学性能上的相互关系，即较低的孔隙度和较高的β含量有益于改善机械性能，较小的孔隙尺寸和较低的低孔隙度更有益于材料的抗腐蚀性，电化学性能主要由多孔特性决定。

Yadroitsev 等人研究了不同金属粉末在不同的激光功率、扫描速度下对单线扫描成形的影响，发现单线扫描过程中会出现“ 稳定区”与“ 不稳定区”，

“不稳定区”主要是由较低的扫描速度引起的，较高的扫描速度会引起球化效应。

Dadbakhsh 等人针对316L 材料，研究扫描方式对SLM成形零件在机械性能上的影响，结果发现扫描方式影响着成形零件的热应力及颗粒之间的结合强度，进而影响零件的机械性能，得出垂直气流方向成形零件的机械性能优于平行气流方向所成形的零件。

Li 等人针对316L材料，研究在SLM过程中致密度的影响因素，发现在致密金属成形过程中，要抑制球化现象，须提高激光扫描重叠率，减少微裂纹的产生，较低的激光功率、较快的扫描速度和较大的层厚会产生不规则的孔隙。

Eleftherios 等人研究了铝材在SLM成形过程中的难点，利用较低的激光功率、较快的扫描速度，可获得高致密度、良好力学性能的零件，而且发现在成形过程中氧化膜的形成对成形件的致密度有较大影响。因氧化膜熔点较高，扫描过程中很难在不提高激光功率的情况下破坏，故而形成孔隙。

3D打印的工艺性研究关系着3D打印发展的走向，工艺研究越深入，制作的产品越精密。一般来说，较高的激光功率，较高的材料热传导率是优化工艺参数的必选，但如何更改工艺参数，如在提高激光功率、效率的同时减少产品缺陷，制作致密度良好、组织均匀，满足力学性能要求的结构件，是3D打印工艺性研究的难点。关于3D打印的工艺研究并非易事，因为确定最终的工艺参数，与材料种类、零件尺寸、基台的夹角等多种因素有关。作为新兴技术，就某单一工艺参数研究已初步总结出规律，如何深入研究影响 3D打印的工艺参数，综合各参数与一体，形成大型综合数据库是下一阶段的重点。

1.23D打印材料研究现状

就目前快速成形材料而言，国外原材料的制备技术处于领先地位，故其将原材料与设备捆绑销售。以镍基粉末为例，原材料成本约200元/ kg，国内售价一般为300 ~ 400 元/ Kg，而进口粉末售价常在800 元/ kg 以上。 高额的成本显然已成为制约国内 3D 打印发展的主要因素。 因此，研发适合 3D 打印的价格合理的新型的材料成为现阶段的重点之一。 3D打印技术及其适用材料如表 1 所示。

杨海鸥等人利用激光快速成形制造高温合金，其基材为1Cr18Ni9Ti，熔覆材料为Rene88DT高温合金粉末、316L不锈钢粉末，制备从100% 316L到100% Rene88DT的连续渐变梯度材料，研究表明硬度值从底部316L的186HV变化到顶端Rene88DT的458HV。

Reinhold利用3D打印间接制造致密的Al2 O3 / Cu - O复合材料，发现其制件合金具有各项同性，断裂强度为5. 6 MPa，弯曲强度为245 MPa。  

Sun等人在420不锈钢中加入12%的Si3 N4，在1225℃下烧结，获得了95% 致密度的具有完全机械性能的不锈钢零件。西北工业大学超高温结构复合材料实验室利用3D打印成形Si3 N4多孔陶瓷，并采用化学气相渗透SiC的方法进行强化，制备形状可控，成分可调的复相陶瓷。国内铂力特公司拥有各种激光增材制造与再制造设备近30套，可成形材料涵盖钛合金、高温合金、铝合金、不锈钢、模具钢高强钢等40多个牌号。虽材料种类比其他公司多，但价格较为昂贵，故依然没有达到将其普及的程度。

随着 3D 打印的发展，适合成形的金属材料种类日益增多，成形零件的机械性能也随着材料研制水平的提高而提高。要想将我国跻身3D打印的前列，高性能材料的研制必不可少。高性能材料的开发离不开工艺参数的选择，一般来说高性能也意味着高费用，因此寻找高性能低价格的材料，依然是今后的重点。