近年來， 3D列印在各行業的應用不斷拓展。 從全球來看， 增材製造技術的行業應用主要分佈於消費電子、汽車、醫療、航空航太、建築、科研等領域 。 圖1為增材製造技術在各行業的應用分佈。 歐美地區增材製造技術在鈦行業的應用主要分佈在航空航太、國防及醫療領域。 下面南極熊就來和大家一起看一下3D列印在這些領域的應用案例。
1 航空航太領域
3D列印技術在航空航太領域可應用空間極大， 主要應用包括：無人飛行器的結構件加工；生產一些特殊的加工、組裝工具；渦輪葉片、擋風表單框架、旋流器等零部件的加工。 但目前為止飛機批量裝備3D列印零件的案例還很少， 銷售額尤其是大型結構件和承力部件。 由增材製造技術生產的金屬零件具備“輕量化”和“高強度”。 這一直是航空航太領域對於未來器械設備製造的要求。 比如， 由鐳射快速成型技術打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強上近30%。
由於航空航太設備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件， 傳統工藝生產週期長且成本高。 而增材製造技術低成本、快速成型的特點則能很好地彌補這一問題。 傳統技術在生產零件過程中會造成許多不必要的損耗，
1.1 英國TiPOW專案
2015年4月底， 有政府背景的英國機構出資310萬英鎊， 與多家科研機構簽署了一項為期三年的合作研究協議。 據瞭解， 出資方為英國航太技術研究所和Innovate UK， 主持該項研究的是吉凱恩航空公司（GKN Aerospace）及其下屬的GKN粉末冶金事業部， 其他參與機構包括英國鳳凰科技產業、Metalysis公司以及里茲大學。
Metalysis將使用電解技術直接從金紅石生產出鈦粉末， 降低了金屬粉末生產的成本。 產出的鈦粉通過增材製造方式用於製造航空航太用零部件。 通過不斷優化降低成本， 研發低成本製造鈦粉的設備及相關技術。 為了能夠符合航空航太工業的最終應用要求， 這些材料須符合嚴格的標準。 通過合作開發鈦合金和粉末， TiPOW的企業合作夥伴將不僅致力於打造最適合增材製造的材料， 還將探索材料的再利用及鈦金屬的回收， 並尋找回收材料的各種可能應用。 除此之外， 吉凱恩航空公司還領導著另外一項同樣獲得了英國航太技術研究所支援的增材製造專案——Horizon，
1.2 歐洲航天局
歐洲航天局正在積極研究使用增材製造技術製造航天器、飛機、甚至核聚變的金屬部件。 名為AMAZE（針對邁向零廢物及高效生產的高新金屬製品製造）的專案計畫在五年內完善金屬增材製造技術。 歐空局表示新的金屬增材製造技術可以承受的溫度高達攝氏3500度， 遠遠超過傳統使用塑膠粉末的增材 製造溫度極限。 歐洲宇航局正在歐盟內與工業和教育的合作夥伴聯合開發大規模製造金屬的增材製造方法。 最終目標是五年內完善金屬部件增材製造。 AMAZE專案正如它名字所暗示的一樣， 目標是減少浪費， 降低生產成本。增材製造技術還可以説明工程師製造傳統方法無法製造的零部件。歐洲航天局表示，這項計畫今年1月已經拉開序幕，現在的工作主要是在法國、德國、義大利、挪威和英國建立一個可靠的產業供應鏈。
1.3 美國卡朋特
美國卡朋特旗下子公司卡朋特粉末產品公司（CPP）是全球最大的氣霧粉末供應商之一，金屬合金粉末注冊商標為Micro-Melt® 。公司具備工模具鋼、PM產品和冶金粉末，其中冶金粉末用於增材製造。卡朋特的粉末採用增材製造技術，通過直接從數位設計資料生產零部件節約成本和時間。 卡朋特是美國普拉提&惠特尼（P&W）長期的金屬材料供應商。2013年，卡朋特與美國聯合技術公司（UTC）簽訂一份合約，將合資在美國阿拉巴馬州新建一個高溫合金粉末廠，該廠于2015年夏投產。此外，合約內容中還包括一旦新廠的產品獲得認證，卡朋特將為UTC旗下公司P&W提供高溫合金粉末，供貨期長達20年。 2015年10月，卡朋特宣佈將在美國阿拉巴馬州新建一個鈦粉廠，以擴大其航空航太及醫療設備市場的佔有率。新廠靠近卡朋特的一家特種金屬粉末廠。新廠預計將於2018財年開工。
1.4 美國P&W
美國普拉提&惠特尼公司（P&W）是美國主要的飛機發動機製造商之一。2015年第二季度，公司交付了第一台由增材製造技術生產的飛機發動機。
1.5 美國洛克希德馬丁
2014年，美國洛克希德馬丁的子公司空間系統公司（SSC）從西亞基（Sciaky）購買電子束增材製造（EBAM）系統。SSC研發和製造衛星、航太探測器及導彈防禦系統，計畫於2015年第二季度採用EBAM系統生產鈦油箱等零部件。據稱，早前SSC已採用增材製造技術生產航天器零部件，但規格相比採用EBAM生產的零部件規格要小。SSC稱，EBAM技術將幫助公司大幅降低材料成本、前置時間和機加時間。 西亞基根據CAD軟體中的3D模型，採用全關節、移動電子束焊槍通過金屬絲逐層熔融沉積金屬（主要是Ti6Al4V），直到該零部件達到“近淨”成形。採用傳統工藝製造出飛機用鈦油箱可能需要長達數月的前置時間。採用西亞基系統可將此時間縮短為數日。 此外，業內人士稱採用EBAM將為SSC帶來更多的靈活性，特別是在原型設計方面。SSC對新增材製造技術如何同更多傳統的製造方式相結合也十分感興趣。
1.6 美國鋁業
美國鋁業（Alcoa）位於美國密西根的分公司主要經營飛機機翼、結構鑄件和特種產品業務。由於飛機建造率不斷攀升，2015年美國鋁業計畫在該公司投資2，200萬美元生產鈦、鎳基3D列印飛機發動機零部件，投資發展熱等靜壓技術（HIP），使公司能生產最大的飛機發動機零部件。HIP包括高壓及高溫的同時應用，以創造更好的鑄造產品，如飛機發動機葉片及結構件。增材製造零部件採用粉末金屬，如鈦和鎳，通過HIP工藝製成。這些新技術預計將於2016年完成產品認證。 美國鋁業旗下子公司RTI國際金屬公司（RTI）可進行鈦、鈦合金及其它金屬基複合材料的粉末冶金。公司在麻塞諸塞州伯靈頓和俄亥俄州奈爾斯的科研及加工團隊有經驗及人才研發高級粉末冶金及製造工藝，能滿足商業航空、飛機發動機、國防、能源及醫療設備市場近淨成形零部件需求的增長。
美國鋁業旗下子公司RTI Directed Manufacturing可利用增材製造或3D列印技術，製造鈦及其它特種金屬、塑膠零部件，產品用於商業生產及模型製造。據稱，RTI Directed Manufacturing是少有的具備鈦、特種金屬，如鎳鉻超合金及鈷鉻合金增材製造技術的公司。主要客戶為大型航空航太及醫療設備公司，為其客戶生產螺旋槳、注射噴嘴、井下產品、手術器械等。 2015年9月，Alcoa宣佈將投資6，000萬美元擴建其位於匹茲堡的研發中心，提高其3D列印技術[2] 。公司稱，擴建後的公司將主要關注航空航太市場，研發適用於3D列印的粉末，如新的鋁合金粉末。
1.7 挪威NTi
挪威的Norsk Titanium AS （NTi）是直接金屬沉積（DMD）技術的開發者和專利擁有者。該增材製造列印技術徹底改變了鈦金屬部件的製造方式，可降低70%的成本並減少90%的生產時間。NTi已取得了技術準備六級（TRL6）資格，表明該公司有能力滿足航空航太及軍工材料的要求。2015年下半年，NTi獲得美國鋁業的戰略投資，將進一步發展增材製造技術並在美國建設首家增材製造廠。NTi稱，在美國鋁業的幫助下，公司預計將在2016年第一季度實現獲得技術準備八級（TRL8）資格的目標。 2015年10月，美國鋁業和NTi簽署了諒解備忘錄，計畫展開一項聯合技術及工業合作專案，目的是確定共贏專案，為航空航太、國防、能源、汽車和海洋市場創造產品。
此次合作將利用NTi的技術和美國鋁業的冶金及行銷經驗，推動3D列印直接沉積技術的全球應用範圍。其實，早在此次合作之前，兩家公司就頗有淵源。2015年7月，RTI投資NTi，成為NTi的戰略投資者和合夥 人之一，而美國鋁業也在7月底完成了對RTI的收購。 2015年11月，NTi計畫在美國建第二家增材製造廠。NTi在美國建廠的目的是欲將增材製造技術引進美國，特別是航空航太市場。NTi在美國建立的首家工廠具體區位尚未透露，但預計將於2016年進行首批零部件的交付。NTi已在進行產品測試，使其滿足航空航太級認證。預計在其航空航太類產品獲得認證後，還有可能涉足石油和天然氣、海洋和汽車行業。
1.8 美國GE
2013年底，美國通用電氣（GE）宣佈將採用增長製造技術中的選擇性鐳射熔化（SLM）技術為其新leap發動機生產鈦燃油噴嘴，每年大約生產40，000個。據稱，採用SLM技術生產噴嘴，生產週期可縮短三分之二，成本降低百分之五十，同時，可靠性得到了大幅提高。這批燃油噴嘴是一次成型零部件，而過去是由18個不同零部件組裝成。 GE公司還曾依託中國西北工業大學的LSF技術製造了GE90發動機複合材料寬弦風扇葉片鈦合金進氣邊和高溫合金機閘。其中，鈦合金進氣邊長1，000mm，壁厚0.8~1.2mm，最終加工變形僅0.12mm。 2013年底，GE舉辦“增材製造噴氣發動機支架設計探索”競賽，該比賽要求參賽者使用3D列印技術重新設計噴氣式發動機的載荷支架。
冠軍得主設計的鈦合金發動機支架將支架的重量減重84%。 對於即將投產的GEnx發動機的輕質渦輪葉片，通用電氣表示，將使用另一種突破性的增材製造工藝。這種技術是由GE子公司Avio Aero和瑞典的Arcam公司的工程師開發的，被稱為電子束熔融或EBM，即使用電子束作為其能量源逐層融化金屬粉末。GE將採用先進的航空航太材料鈦鋁（TiAl）製造葉片。
這種材料比常用於低壓渦輪葉片的鎳基合金輕50％左右。據稱，使用由鈦鋁材料製成的葉片，整個低壓渦輪機的重量可以減少20％。GE使用3千瓦的電子槍加速電子束熔化鈦鋁粉末。電子槍的功率比目前用於列印金屬零件的雷射光束強10倍，使得該公司能夠製造出比鐳射列印厚4倍以上的渦輪葉片。此外，列印速度十分快，一台3D印表機72小時內就可以生產7片低壓渦輪機的8級葉片。GE認為這將使公司在鑄造方面非常有競爭力，稱在測試3D列印的Genx發動機葉片後，這些零部件將用於發動機GE9X。GE9X是GE為波音公司的新一代長途飛機777X開發的新型噴氣發動機，是目前世界上最大的噴氣式發動機。
1.9 Praxair
世界領先的工業氣體供應商Praxair的子公司從2015年第三季度開始進行航太級精細球狀鈦粉的全面生產。該公司能夠利用專有的霧化方法進行鈦粉的大批量生產，加速鈦金屬在3D列印的應用推廣。
2 軍工領域
軍備需求增長明確 20世紀90年代軍事用鈦支出主要關注傳統的用鈦量大的裝備，如戰鬥機和提升防禦能力的輕型車輛，還有網路安全和無人機及海基雷達系統和彈道導彈防禦系統等專案。這些武器項目不被認為是鈦材應用的主要市場，為了推廣鈦的應用，鈦行業需要利用採用改變鈦零部件加工方式的技術和材料，如金屬粉末及3D列印技術。
2002年美國開始將鐳射成形鈦合金零件裝上戰機試驗。但由於無法解決製造過程中鈦合金變形、斷裂等技術難題，始終只能生產小尺寸鈦合金部件。近年，美國積極開展3D列印技術生產大型鈦合金部件的研究。美國軍方和軍工企業正與美國3D列印技術公司合作，推進大尺寸鈦合金3D列印技術在戰鬥機製造上的應用。2012年，美國在重整製造業計畫中將3D列印技術列為國家重點發展的11相技術之一。
2.1 殲擊機項目
第三代殲擊機中鈦合金結構件用量由F-16的約3％增加到了F/A18-ElF、蘇-27的15％以上，而第四代殲擊機F-22中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41％，事實上，大型整體鈦合金結構件用量的高低已成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標誌之一。 美國F-22戰機的主要承力部件是大型鑄造鈦合金框。但是零件製造時材料浪費嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉，而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格的限制：3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件，即使世界上最大的8萬噸水壓機，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。
而且這兩種技術都無法製造複雜的鈦合金構件，而焊接則會遇到可怕的鈦合金腐蝕現象。 鐳射鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題。由於採用疊加技術，它節約了90%的原材料，加之不需要製造專用的模具，原本相當於材料成本1~2倍的加工費用現在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金複雜結構件，粗略估計，傳統工藝的成本大約是2，500萬元，而鐳射3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右，其成本僅是傳統工藝的5%。更重要的是，許多複雜結構的鈦合金構建可以通過3D列印的方式一體成型，不僅節省了工時，還大大提高了材料強度。
2.2 3D Systems
美國3D Systems公司在鐳射熔融技術上取得重大進展。美國空軍在此基礎上開發用於F-35戰鬥機和其他武器系統的3D印表機。
2.3 波音
2000年，波音公司（Boeing）宣佈採用LSF技術製造三個鈦合金零件，用於F-22和F/A-18戰鬥機專案，並在2001年制定了LSF技術的美國國家標準（該標準 於2011年進行了修訂）。
2.4 美國西亞基（Sciaky）
2013年，美國的西亞基（Sciaky）公司，在賓夕法尼亞州立大學公開宣佈了其突破性的技術——“創新金屬加工-直接數位化沉積”（CIMP-3D）製造（EBDM）解決方案。這項技術將被用於生產美國第五代隱形戰鬥機F-35的多個零件。西亞基公司的這項技術主要是用於生產高品質金屬零部件，材料包括鈦、鉭、鉻鎳鐵合金及其他高價值金屬。據西亞基稱，很多鈦合金產品製造商都對EBDM技術感興趣。如今，EBDM技術已經參與了美國國防部的某些項目。
2.5 美國Solid Concepts
2014年，美國3D列印公司Solid Concepts宣佈用金屬粉末成功製造並測試了世界上第一支3D列印金屬槍。其問世將改變人們對3D列印產品精確或強度不夠的既有印象。 該全球首支3D列印金屬槍的原型範本為經典的M1911式gun，根據互聯網上的1911藍圖3D建模後用DMLS（直接金屬鐳射燒結）技術加熱金屬粉末使其凝固成。DMLS技術已超過M1911搶支對零件的精度要求，再經過各種打磨以及調整槍膛等工藝，最後予以組裝。該搶支有超過30個3D列印原件。 Solid Concepts公司副總裁肯特•費爾斯通表示，這種整體概念是為了證明3D列印這一技術的可靠性、準確性和實用性。目前該槍已通過連發50多發子彈的耐力射擊測試，精准度不遜於常規武器。
2.6 戰機維護
在維修方面，美國已開始部署基於3D列印技術的維修保障裝備。2012年7月和2013年1月，美軍部署了兩個移動遠征實驗室，用於裝備維修保障。此移動遠征實驗室是一個20英尺長的標準集裝箱，可通過卡車或直升機運送至任何地點，利用3D列印及和電腦數位控制設備將原材料加工成所需零部件。可以在戰場上快速生產所需的零部件，甚至快速設計和生產急需的裝備，實現及時精准的保障。此外，美國陸軍開發了一種輕質便宜的3D印表機，可以放到背包中，用於在戰場中快速、便宜地製造替換零部件。
3 醫療領域
3D列印技術適用於個性化需求。在醫療行業，特別是修復性醫學領域，個性化需求十分明顯。用於治療個體的產品，基本上都是定制化的，不存在標準的量化生產。而3D列印技術的引入，降低了定制化生產的成本。
其主要應用有：
①修復性醫學中的人體移植器官製造，假牙、骨骼、肢體等；
②輔助治療中使用的醫療裝置，如齒形矯正器和助聽器等；
③手術和其他治療過程中使用的輔助裝置。
2012年醫療領域的3D列印產能佔據全球產值的16.4%。大部分應用都集中在假肢製造、牙齒矯正與修復等方面。利用3D列印能夠完美地複製人體結構構造，貼合人體工學。現如今在歐洲，使用3D列印製造鈦合金人體骨骼的成功案例就有3萬多例。 根據美國器官共用網路（UNOS）統計資料，美國等待器官移植的患者人數在逐年增加。截至2014年4月，美國在等待器官移植手術的病患共計78000餘人。而由於符合要求的器官捐獻數量不足，以及術後可能產生的嚴重排斥性問題，傳統醫療手段已然無法滿足現在需要器官移植病患的要求。因此，今後3D列印在這一領域的應用將會非常可觀。
3.1 德國EOS公司
德國EOS公司近期開發了兩種可用於增材製造工藝的材料，分別是Ti64 ELI和316L不銹鋼，增加了EOS公司可用於直接鐳射金屬燒結的材料種類。EOS公司有關方面表示，使用Ti64 ELI材料和增材製造方法生產的零件化學成分和力學性能與ASTM F136相當，具有優異的耐腐蝕性能、生物相容性和高純度，特別適合用增材製造方法生產醫療用移植物。EOS公司開發的應用於增材製造的316L不銹鋼合金具有很好的耐腐蝕性能和延展性，製造的零件化學成分與ASTM F138相當。
3.2 德國EIT
德國EIT公司 （Emerging Implant Technologies）同3D Systems公司合作，採用3D列印技術製造出了鈦制骨小梁結構，為一名具有退行性頸椎問題的患者實施了手術，是全球首例成功完成此類手術的案例。 通過選擇性鐳射熔化（SLM）技術製造的鈦金屬植入物具有高達80%的孔隙率，可為骨細胞和血管結構的生長提供理想的支架。在實踐中，植入物不容易移位元或破壞周圍骨結構的完整性。研究人員稱，該方法還可防止出現融合過程的延誤。EIT稱，未來將以合理的成本提供個性化的系列植入物產品。由於脊柱外科的再手術率要比髖關節或膝關節更高，未來將探索改進這方面問題的方法。
3.3 比利時 Hasselt 大學
2012年，比利時一位83歲的老太太用上了3D印表機打造的鈦下顎。這個技術是由比利時 Hasselt大學的 BIOMED 研究所發起，在外科醫生的幫助下完成的。這個下顎是由鈦粉一層層列印出來的，而電腦控制的鐳射可以確保粒子非常緊密地融合在一起。同時打造的時間非常短，只用了幾小時，而以前舊有的技術需要幾天時間。
3.4 美國MedShape
美國技術醫療機械公司MedShape採用3D列印醫療 級Ti6/4骨栓板在2015年初獲得了美國食品藥品管理局（FDA）的認證[4]。MedShape一直在研發FastForward手術系統，開發創新型醫療設備，解決臨床需要。 對於患有拇外翻畸形的患者，傳統的手術方法主要採用切割、鑽孔、重新調整和熔斷第一拓骨再接合到第二拓骨處。雖然此種手術能夠緩解一些症狀，但往往伴隨著較長的恢復期和出現相關併發症，如骨不連、缺血性壞死等。現在FastForward骨栓板上的縫合帶能夠安全、牢固的纏住第二拓骨而避免過度和破壞性的鑽孔。
3.5 英國BioMedtrix
2015年底，英國一隻失去兩條後腿的流浪貓名文森特（Vincent）在其收養家庭和美國愛荷華州立大學的幫助下，裝上了由英國獸醫矯形系統研製公司BioMedtrix設計的鈦合金假肢。在全世界範圍內，僅有 25只動物安裝了類似的假肢。 據報導，這兩條由BioMedtrix研製的鈦合金假肢被植入文森特貓的大腿骨。安裝假肢後，文森特走起路來幾乎跟普通的貓沒什麼區別。這兩條鈦合金假肢的設計能使文森特貓的後腿骨長入假肢中從而支撐其全身的重量。 給文森特貓進行假肢安裝手術的過程被稱為是獸醫學中罕見的“新興領域”，文森特貓德案列或許能為回答該領域的一些問題提供説明，使動物系統植入發揮更好的作用。
歐美地區3D列印技術在鈦行業的應用主要是分佈在航空航太、國防及醫療領域，其中航空航太領域占主要地位。目前，美國主要鈦企業均積極發展增材製造技術。通過收購或參股具備增材製造技術的公司，美國鈦企業將增材製造技術同自己原有的傳統技術或關鍵技術相結合，進行了技術革新。美國鈦企業對增材製造技術充滿信心。增材製造技術公司認可鈦材與該技術發展的契合，針對鈦的特性在不同領域應用了增材製造技術。通過合作，同時擴大了該技術和鈦材的應用範圍。增材製造技術公司也對鈦的未來充滿信心。高端材料和先進技術的良性結合，必然使得行業、企業、技術得到迅速的發展和優良的成果。
編輯：南極熊
作者：姚文靜 寶鈦集團有限公司
降低生產成本。增材製造技術還可以説明工程師製造傳統方法無法製造的零部件。歐洲航天局表示，這項計畫今年1月已經拉開序幕，現在的工作主要是在法國、德國、義大利、挪威和英國建立一個可靠的產業供應鏈。1.3 美國卡朋特
美國卡朋特旗下子公司卡朋特粉末產品公司（CPP）是全球最大的氣霧粉末供應商之一，金屬合金粉末注冊商標為Micro-Melt® 。公司具備工模具鋼、PM產品和冶金粉末，其中冶金粉末用於增材製造。卡朋特的粉末採用增材製造技術，通過直接從數位設計資料生產零部件節約成本和時間。 卡朋特是美國普拉提&惠特尼（P&W）長期的金屬材料供應商。2013年，卡朋特與美國聯合技術公司（UTC）簽訂一份合約，將合資在美國阿拉巴馬州新建一個高溫合金粉末廠，該廠于2015年夏投產。此外，合約內容中還包括一旦新廠的產品獲得認證，卡朋特將為UTC旗下公司P&W提供高溫合金粉末，供貨期長達20年。 2015年10月，卡朋特宣佈將在美國阿拉巴馬州新建一個鈦粉廠，以擴大其航空航太及醫療設備市場的佔有率。新廠靠近卡朋特的一家特種金屬粉末廠。新廠預計將於2018財年開工。
1.4 美國P&W
美國普拉提&惠特尼公司（P&W）是美國主要的飛機發動機製造商之一。2015年第二季度，公司交付了第一台由增材製造技術生產的飛機發動機。
1.5 美國洛克希德馬丁
2014年，美國洛克希德馬丁的子公司空間系統公司（SSC）從西亞基（Sciaky）購買電子束增材製造（EBAM）系統。SSC研發和製造衛星、航太探測器及導彈防禦系統，計畫於2015年第二季度採用EBAM系統生產鈦油箱等零部件。據稱，早前SSC已採用增材製造技術生產航天器零部件，但規格相比採用EBAM生產的零部件規格要小。SSC稱，EBAM技術將幫助公司大幅降低材料成本、前置時間和機加時間。 西亞基根據CAD軟體中的3D模型，採用全關節、移動電子束焊槍通過金屬絲逐層熔融沉積金屬（主要是Ti6Al4V），直到該零部件達到“近淨”成形。採用傳統工藝製造出飛機用鈦油箱可能需要長達數月的前置時間。採用西亞基系統可將此時間縮短為數日。 此外，業內人士稱採用EBAM將為SSC帶來更多的靈活性，特別是在原型設計方面。SSC對新增材製造技術如何同更多傳統的製造方式相結合也十分感興趣。
1.6 美國鋁業
美國鋁業（Alcoa）位於美國密西根的分公司主要經營飛機機翼、結構鑄件和特種產品業務。由於飛機建造率不斷攀升，2015年美國鋁業計畫在該公司投資2，200萬美元生產鈦、鎳基3D列印飛機發動機零部件，投資發展熱等靜壓技術（HIP），使公司能生產最大的飛機發動機零部件。HIP包括高壓及高溫的同時應用，以創造更好的鑄造產品，如飛機發動機葉片及結構件。增材製造零部件採用粉末金屬，如鈦和鎳，通過HIP工藝製成。這些新技術預計將於2016年完成產品認證。 美國鋁業旗下子公司RTI國際金屬公司（RTI）可進行鈦、鈦合金及其它金屬基複合材料的粉末冶金。公司在麻塞諸塞州伯靈頓和俄亥俄州奈爾斯的科研及加工團隊有經驗及人才研發高級粉末冶金及製造工藝，能滿足商業航空、飛機發動機、國防、能源及醫療設備市場近淨成形零部件需求的增長。
美國鋁業旗下子公司RTI Directed Manufacturing可利用增材製造或3D列印技術，製造鈦及其它特種金屬、塑膠零部件，產品用於商業生產及模型製造。據稱，RTI Directed Manufacturing是少有的具備鈦、特種金屬，如鎳鉻超合金及鈷鉻合金增材製造技術的公司。主要客戶為大型航空航太及醫療設備公司，為其客戶生產螺旋槳、注射噴嘴、井下產品、手術器械等。 2015年9月，Alcoa宣佈將投資6，000萬美元擴建其位於匹茲堡的研發中心，提高其3D列印技術[2] 。公司稱，擴建後的公司將主要關注航空航太市場，研發適用於3D列印的粉末，如新的鋁合金粉末。
1.7 挪威NTi
挪威的Norsk Titanium AS （NTi）是直接金屬沉積（DMD）技術的開發者和專利擁有者。該增材製造列印技術徹底改變了鈦金屬部件的製造方式，可降低70%的成本並減少90%的生產時間。NTi已取得了技術準備六級（TRL6）資格，表明該公司有能力滿足航空航太及軍工材料的要求。2015年下半年，NTi獲得美國鋁業的戰略投資，將進一步發展增材製造技術並在美國建設首家增材製造廠。NTi稱，在美國鋁業的幫助下，公司預計將在2016年第一季度實現獲得技術準備八級（TRL8）資格的目標。 2015年10月，美國鋁業和NTi簽署了諒解備忘錄，計畫展開一項聯合技術及工業合作專案，目的是確定共贏專案，為航空航太、國防、能源、汽車和海洋市場創造產品。
此次合作將利用NTi的技術和美國鋁業的冶金及行銷經驗，推動3D列印直接沉積技術的全球應用範圍。其實，早在此次合作之前，兩家公司就頗有淵源。2015年7月，RTI投資NTi，成為NTi的戰略投資者和合夥 人之一，而美國鋁業也在7月底完成了對RTI的收購。 2015年11月，NTi計畫在美國建第二家增材製造廠。NTi在美國建廠的目的是欲將增材製造技術引進美國，特別是航空航太市場。NTi在美國建立的首家工廠具體區位尚未透露，但預計將於2016年進行首批零部件的交付。NTi已在進行產品測試，使其滿足航空航太級認證。預計在其航空航太類產品獲得認證後，還有可能涉足石油和天然氣、海洋和汽車行業。
1.8 美國GE
2013年底，美國通用電氣（GE）宣佈將採用增長製造技術中的選擇性鐳射熔化（SLM）技術為其新leap發動機生產鈦燃油噴嘴，每年大約生產40，000個。據稱，採用SLM技術生產噴嘴，生產週期可縮短三分之二，成本降低百分之五十，同時，可靠性得到了大幅提高。這批燃油噴嘴是一次成型零部件，而過去是由18個不同零部件組裝成。 GE公司還曾依託中國西北工業大學的LSF技術製造了GE90發動機複合材料寬弦風扇葉片鈦合金進氣邊和高溫合金機閘。其中，鈦合金進氣邊長1，000mm，壁厚0.8~1.2mm，最終加工變形僅0.12mm。 2013年底，GE舉辦“增材製造噴氣發動機支架設計探索”競賽，該比賽要求參賽者使用3D列印技術重新設計噴氣式發動機的載荷支架。
冠軍得主設計的鈦合金發動機支架將支架的重量減重84%。 對於即將投產的GEnx發動機的輕質渦輪葉片，通用電氣表示，將使用另一種突破性的增材製造工藝。這種技術是由GE子公司Avio Aero和瑞典的Arcam公司的工程師開發的，被稱為電子束熔融或EBM，即使用電子束作為其能量源逐層融化金屬粉末。GE將採用先進的航空航太材料鈦鋁（TiAl）製造葉片。
這種材料比常用於低壓渦輪葉片的鎳基合金輕50％左右。據稱，使用由鈦鋁材料製成的葉片，整個低壓渦輪機的重量可以減少20％。GE使用3千瓦的電子槍加速電子束熔化鈦鋁粉末。電子槍的功率比目前用於列印金屬零件的雷射光束強10倍，使得該公司能夠製造出比鐳射列印厚4倍以上的渦輪葉片。此外，列印速度十分快，一台3D印表機72小時內就可以生產7片低壓渦輪機的8級葉片。GE認為這將使公司在鑄造方面非常有競爭力，稱在測試3D列印的Genx發動機葉片後，這些零部件將用於發動機GE9X。GE9X是GE為波音公司的新一代長途飛機777X開發的新型噴氣發動機，是目前世界上最大的噴氣式發動機。
1.9 Praxair
世界領先的工業氣體供應商Praxair的子公司從2015年第三季度開始進行航太級精細球狀鈦粉的全面生產。該公司能夠利用專有的霧化方法進行鈦粉的大批量生產，加速鈦金屬在3D列印的應用推廣。
2 軍工領域
軍備需求增長明確 20世紀90年代軍事用鈦支出主要關注傳統的用鈦量大的裝備，如戰鬥機和提升防禦能力的輕型車輛，還有網路安全和無人機及海基雷達系統和彈道導彈防禦系統等專案。這些武器項目不被認為是鈦材應用的主要市場，為了推廣鈦的應用，鈦行業需要利用採用改變鈦零部件加工方式的技術和材料，如金屬粉末及3D列印技術。
2002年美國開始將鐳射成形鈦合金零件裝上戰機試驗。但由於無法解決製造過程中鈦合金變形、斷裂等技術難題，始終只能生產小尺寸鈦合金部件。近年，美國積極開展3D列印技術生產大型鈦合金部件的研究。美國軍方和軍工企業正與美國3D列印技術公司合作，推進大尺寸鈦合金3D列印技術在戰鬥機製造上的應用。2012年，美國在重整製造業計畫中將3D列印技術列為國家重點發展的11相技術之一。
2.1 殲擊機項目
第三代殲擊機中鈦合金結構件用量由F-16的約3％增加到了F/A18-ElF、蘇-27的15％以上，而第四代殲擊機F-22中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41％，事實上，大型整體鈦合金結構件用量的高低已成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標誌之一。 美國F-22戰機的主要承力部件是大型鑄造鈦合金框。但是零件製造時材料浪費嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉，而且鍛造鈦合金的尺寸受到嚴格的限制：3萬噸大型水壓機只能鍛造不超過0.8平方米的零件，即使世界上最大的8萬噸水壓機，鍛造的零件尺寸也不能超過4.5平方米。
而且這兩種技術都無法製造複雜的鈦合金構件，而焊接則會遇到可怕的鈦合金腐蝕現象。 鐳射鈦合金成形技術則完全解決了這一系列難題。由於採用疊加技術，它節約了90%的原材料，加之不需要製造專用的模具，原本相當於材料成本1~2倍的加工費用現在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金複雜結構件，粗略估計，傳統工藝的成本大約是2，500萬元，而鐳射3D焊接快速成型技術的成本僅130萬元左右，其成本僅是傳統工藝的5%。更重要的是，許多複雜結構的鈦合金構建可以通過3D列印的方式一體成型，不僅節省了工時，還大大提高了材料強度。
2.2 3D Systems
美國3D Systems公司在鐳射熔融技術上取得重大進展。美國空軍在此基礎上開發用於F-35戰鬥機和其他武器系統的3D印表機。
2.3 波音
2000年，波音公司（Boeing）宣佈採用LSF技術製造三個鈦合金零件，用於F-22和F/A-18戰鬥機專案，並在2001年制定了LSF技術的美國國家標準（該標準 於2011年進行了修訂）。
2.4 美國西亞基（Sciaky）
2013年，美國的西亞基（Sciaky）公司，在賓夕法尼亞州立大學公開宣佈了其突破性的技術——“創新金屬加工-直接數位化沉積”（CIMP-3D）製造（EBDM）解決方案。這項技術將被用於生產美國第五代隱形戰鬥機F-35的多個零件。西亞基公司的這項技術主要是用於生產高品質金屬零部件，材料包括鈦、鉭、鉻鎳鐵合金及其他高價值金屬。據西亞基稱，很多鈦合金產品製造商都對EBDM技術感興趣。如今，EBDM技術已經參與了美國國防部的某些項目。
2.5 美國Solid Concepts
2014年，美國3D列印公司Solid Concepts宣佈用金屬粉末成功製造並測試了世界上第一支3D列印金屬槍。其問世將改變人們對3D列印產品精確或強度不夠的既有印象。 該全球首支3D列印金屬槍的原型範本為經典的M1911式gun，根據互聯網上的1911藍圖3D建模後用DMLS（直接金屬鐳射燒結）技術加熱金屬粉末使其凝固成。DMLS技術已超過M1911搶支對零件的精度要求，再經過各種打磨以及調整槍膛等工藝，最後予以組裝。該搶支有超過30個3D列印原件。 Solid Concepts公司副總裁肯特•費爾斯通表示，這種整體概念是為了證明3D列印這一技術的可靠性、準確性和實用性。目前該槍已通過連發50多發子彈的耐力射擊測試，精准度不遜於常規武器。
2.6 戰機維護
在維修方面，美國已開始部署基於3D列印技術的維修保障裝備。2012年7月和2013年1月，美軍部署了兩個移動遠征實驗室，用於裝備維修保障。此移動遠征實驗室是一個20英尺長的標準集裝箱，可通過卡車或直升機運送至任何地點，利用3D列印及和電腦數位控制設備將原材料加工成所需零部件。可以在戰場上快速生產所需的零部件，甚至快速設計和生產急需的裝備，實現及時精准的保障。此外，美國陸軍開發了一種輕質便宜的3D印表機，可以放到背包中，用於在戰場中快速、便宜地製造替換零部件。
3 醫療領域
3D列印技術適用於個性化需求。在醫療行業，特別是修復性醫學領域，個性化需求十分明顯。用於治療個體的產品，基本上都是定制化的，不存在標準的量化生產。而3D列印技術的引入，降低了定制化生產的成本。
其主要應用有：
①修復性醫學中的人體移植器官製造，假牙、骨骼、肢體等；
②輔助治療中使用的醫療裝置，如齒形矯正器和助聽器等；
③手術和其他治療過程中使用的輔助裝置。
2012年醫療領域的3D列印產能佔據全球產值的16.4%。大部分應用都集中在假肢製造、牙齒矯正與修復等方面。利用3D列印能夠完美地複製人體結構構造，貼合人體工學。現如今在歐洲，使用3D列印製造鈦合金人體骨骼的成功案例就有3萬多例。 根據美國器官共用網路（UNOS）統計資料，美國等待器官移植的患者人數在逐年增加。截至2014年4月，美國在等待器官移植手術的病患共計78000餘人。而由於符合要求的器官捐獻數量不足，以及術後可能產生的嚴重排斥性問題，傳統醫療手段已然無法滿足現在需要器官移植病患的要求。因此，今後3D列印在這一領域的應用將會非常可觀。
3.1 德國EOS公司
德國EOS公司近期開發了兩種可用於增材製造工藝的材料，分別是Ti64 ELI和316L不銹鋼，增加了EOS公司可用於直接鐳射金屬燒結的材料種類。EOS公司有關方面表示，使用Ti64 ELI材料和增材製造方法生產的零件化學成分和力學性能與ASTM F136相當，具有優異的耐腐蝕性能、生物相容性和高純度，特別適合用增材製造方法生產醫療用移植物。EOS公司開發的應用於增材製造的316L不銹鋼合金具有很好的耐腐蝕性能和延展性，製造的零件化學成分與ASTM F138相當。
3.2 德國EIT
德國EIT公司 （Emerging Implant Technologies）同3D Systems公司合作，採用3D列印技術製造出了鈦制骨小梁結構，為一名具有退行性頸椎問題的患者實施了手術，是全球首例成功完成此類手術的案例。 通過選擇性鐳射熔化（SLM）技術製造的鈦金屬植入物具有高達80%的孔隙率，可為骨細胞和血管結構的生長提供理想的支架。在實踐中，植入物不容易移位元或破壞周圍骨結構的完整性。研究人員稱，該方法還可防止出現融合過程的延誤。EIT稱，未來將以合理的成本提供個性化的系列植入物產品。由於脊柱外科的再手術率要比髖關節或膝關節更高，未來將探索改進這方面問題的方法。
3.3 比利時 Hasselt 大學
2012年，比利時一位83歲的老太太用上了3D印表機打造的鈦下顎。這個技術是由比利時 Hasselt大學的 BIOMED 研究所發起，在外科醫生的幫助下完成的。這個下顎是由鈦粉一層層列印出來的，而電腦控制的鐳射可以確保粒子非常緊密地融合在一起。同時打造的時間非常短，只用了幾小時，而以前舊有的技術需要幾天時間。
3.4 美國MedShape
美國技術醫療機械公司MedShape採用3D列印醫療 級Ti6/4骨栓板在2015年初獲得了美國食品藥品管理局（FDA）的認證[4]。MedShape一直在研發FastForward手術系統，開發創新型醫療設備，解決臨床需要。 對於患有拇外翻畸形的患者，傳統的手術方法主要採用切割、鑽孔、重新調整和熔斷第一拓骨再接合到第二拓骨處。雖然此種手術能夠緩解一些症狀，但往往伴隨著較長的恢復期和出現相關併發症，如骨不連、缺血性壞死等。現在FastForward骨栓板上的縫合帶能夠安全、牢固的纏住第二拓骨而避免過度和破壞性的鑽孔。
3.5 英國BioMedtrix
2015年底，英國一隻失去兩條後腿的流浪貓名文森特（Vincent）在其收養家庭和美國愛荷華州立大學的幫助下，裝上了由英國獸醫矯形系統研製公司BioMedtrix設計的鈦合金假肢。在全世界範圍內，僅有 25只動物安裝了類似的假肢。 據報導，這兩條由BioMedtrix研製的鈦合金假肢被植入文森特貓的大腿骨。安裝假肢後，文森特走起路來幾乎跟普通的貓沒什麼區別。這兩條鈦合金假肢的設計能使文森特貓的後腿骨長入假肢中從而支撐其全身的重量。 給文森特貓進行假肢安裝手術的過程被稱為是獸醫學中罕見的“新興領域”，文森特貓德案列或許能為回答該領域的一些問題提供説明，使動物系統植入發揮更好的作用。
歐美地區3D列印技術在鈦行業的應用主要是分佈在航空航太、國防及醫療領域，其中航空航太領域占主要地位。目前，美國主要鈦企業均積極發展增材製造技術。通過收購或參股具備增材製造技術的公司，美國鈦企業將增材製造技術同自己原有的傳統技術或關鍵技術相結合，進行了技術革新。美國鈦企業對增材製造技術充滿信心。增材製造技術公司認可鈦材與該技術發展的契合，針對鈦的特性在不同領域應用了增材製造技術。通過合作，同時擴大了該技術和鈦材的應用範圍。增材製造技術公司也對鈦的未來充滿信心。高端材料和先進技術的良性結合，必然使得行業、企業、技術得到迅速的發展和優良的成果。
編輯：南極熊
作者：姚文靜 寶鈦集團有限公司