金属材料的3D打印制造技术之所以难度大，是因为金属的熔点比较高，涉及到了金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。需要考虑的问题还包括，生成的晶体组织是否良好、整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等等。另外，快速的加热和冷却还将引起试件内较大的残余应力。为了解决这些问题，一般需要在多种制造参数配合，例如激光的功率和能量分布、激光聚焦点的移动速度和路径、加料速度、保护气压、外部温度等等。

在所有金属合金中，钛合金尤其受到重视。因为钛合金密度低、强度高、耐腐蚀、熔点高，所以是理想的航天航空材料。但是由于钛合金硬而且脆，所以不宜用切割和铸造的方式来成型。反而是由于它导热率低，在加热时热量不会发散引起局部变形，比较适合利用激光快速成型技术。最后，钛合金材料价格高，利用3D打印技术能够在减轻飞行器重量的同时节省原材料的成本。

图表1：激光快速成型技术制作金属零件

图表2：快速加热和冷却导致了试件内的残余应力

图表3：钛合金、不锈钢和铝合金的性能对比

针对金属材料的3D打印，历史上在不同的研究所里演化出了很多种不同的技术种类，但是基本的原理可以说大同小异。这些技术大多开始于90年代中期，晚于以树脂和塑料为原料的FDM、SLA和SLS等技术。我国差不多也在同期开始了此方向的研究。

激光成型的零件在静态力学性能上不比锻压的差，但由于加工时间很长，外界扰动会造成宏观结构上不均一，疲劳性能上还存在差距。

图表4：激光快速成型技术制作金属零件的技术

图表5：世界各地的金属3D打印公司

3DSystems作为世界上市值最大的3D打印公司，有sPro?125/250DirectMetal两款金属材料打印机产品，使用的是用激光烧结金属粉末层的技术，最大的加工尺寸为250×250×320mm，可用的材料包括不锈钢、钛、钴铬合金及工具钢等。在40余种的产品型号中，直接金属制造的打印机产品仍属少数。

图表6：PhenixSystems设备的技术流程

ArcamAB公司的2款打印机产品主要针对的是航天工业和外科整形市场，能制作的最大零件尺寸为200×200×180mm，同时提供多种型号的钛合金粉末和钴铬合金粉末。在外科整形市场上，ArcamAB公司自2007年以来，在全球已提供了3万件以上的植入物。

今年上半年公司实现收入9210万瑞典克朗（约合1414万美元），同比增长80%。净利润760万瑞典克朗（约合117万美元）。

图表7：电子束快速成型技术示意图

总部位于美国的ExOne公司成立于2005年，从母公司ExtrudeHone独立，今年2月份在纳斯达克IPO（NASDAQ:XONE）。

Exone公司提供两种增材制造系统，分别用来打印砂型和金属零件，技术分别起源于德国一家叫做Generis和MIT。砂型的尺寸最大能够做到1800×1000×700mm，而金属的尺寸能够做到780×400×400mm。其所采用的是最早被称作“3D打印”的技术，即用喷头在砂型或者金属粉末中打印粘接剂，扫描成型。对于金属材料，将打印出的模型去掉多余部分，然后在炉中加热去除粘接剂，同时融化金属粉末使之粘结，必要时进行二次加热去除材料中的空隙。除了沙子和金属外，还可以制作玻璃制品。

在制造设备的同时，ExOne还提供打印服务和解决方案。2012年ExOne总共卖出了13套系统，在全世界共设立有6家服务点。今年上半年，实现收入1720万美元，同比增长132%，亏损700万美元。另外，还有一家在历史上有名的金属3D打印公司叫做AeroMet。它于1997作为MTS的子公司成立，合作方包括JohnsHopkins大学和PennState大学等，开发的钛合金激光快速成型技术被称为Lasform，与多家航空设备公司进行过合作开发，持续收到政府部门资助和企业订单。所采用的技术能够制成的零件尺寸达到2400×900×225mm。但是由于零件的疲劳性能仍然差于锻件，同时成本过高，无法批量装备，随着不少型号的飞机陆续结束试制阶段，最终AeroMet在2005年被关闭。

图表8：AeroMet的惰性气体保护箱能够支持较大的零件成型