从上世纪90年代初开始，随着高功率激光的引入，探索金属零件的直接快速成型技术已成为RP技术的研究热点。直接成型金属零件意味着成型的零件致密度几乎100%，并且不需要熔炉烧结和渗透金属等后处理工艺。美国Sandla，Los Aamos国家实验室、AreoMetCorp以及包括Stanford U.和MIT等在内的众多著名大学和研究机构纷纷加入到该研究领域。据报道Aeromet已成功地直接成型出钛合金的金属零件，并应用到飞机上，其采用的激光器为14千瓦大功率激光器，成型材料为钛合金粉末。
我国这方面的研究工作也很多。例如采用类似于SLS工艺的方法制造直接金属型；采用类似于SLS的工艺制造出可实际使用的金属EDM电极；基于6轴机器人系统，采用高能束YAG激光器，通过激光熔覆制造出三维金属件；利用自主开发的SLS设备STPI进行了烧结获得金属型的工艺实验；在激光同轴和偏轴粉末熔覆直接金属堆积成形方面，也做了许多高水平的工作。
1.金属粉末成型金属零件的工艺类型
RP技术的发展趋势是金属零件的直接快速制造，目的是直接制造出全密度、高强度功能性金属零件。根据金属粉末的输送方式，目前金属粉末成型金属零件可分为两类:粉床铺粉和自动送粉或同轴送粉。根据金属粉末连接所用能源的种类又可分为激光烧结、电子束烧结、超声波固结。
(1)激光高温烧结。直接选择性激光高温烧结，采用激光逐点照射粉末材料，使粉末材料熔融实现材料的联接。将材料粉末洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的激光器在刚铺的新层粉末上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。原理示意如图1。
图1直接SLS工艺原理
成型用金属粉末有两种：
- 利用单一成分金属粉末的直接烧结，这种方法目前主要用于低熔点金属粉末的烧结，对熔点高的金属粉末，需在保护气氛下彩大功率激光器。烧结好的零件经等压加热处理，可使最后零配件的相对密度达到99.9%，
- 成型的金属材料为两种金属粉末的混合体，其中一种粉末具有较低的熔点，另一种粉末熔点较高，烧结中低熔点的金属粉末熔化并将高熔点的粉末粘结在一起，这种方法同样需要较大功率激光器，并需气体保护。烧结好的零件经液相烧结后续处理，可使最后零件的相对密度达到82%。
由于采用铺粉的方式，激光烧结后得到的金属零件的密度都较低。采用该方法成型的金属零件实际上只是一种强度很低的多孔金属零件，必须采用浸渗树脂、低熔点金属或热等压等后处理方法来提高多孔金属零件的强度。
Texas大学进行了没有聚合物粘结剂的金属粉末（Cu-Sn、Ni-Sn或青铜-镍粉复合粉末）的SLS成形研究，并成功制造了金属模具。近年来，他们又成功地制造了用于F-14战斗机和AIM-9导弹的INCONEL625超合金和Ti-6A1-4V合金的金属零件。美国用SLS2000系统成功地制作出了钢铜合金的注塑模具。
在2003年欧洲模具展览会上，欧洲最大的RP生产商新推出了EOSINTM270选择性激光烧结设备，所用激光器固体Yb光纤激光器，功率为200w，最小光斑为100，最终成型零件的密度几乎可达到理论密度的100%，这是以前SLS方法难以达到的。
在国内，特种加工研究室首先开展了选择性激光烧结技术的基础研究，目前已完成了单层烧结试验，在粉末配比及激光烧结参数的选择方面均获得了比较好的结果。在此基础上，进行了多层烧结的初步尝试，已烧结出形状简单的三维实体零件。
(2)激光熔覆快速成型。激光熔覆技术是一种材料表面改性的方法，可根据要求在表面性能差、成本低的基材上制成耐磨、耐腐蚀、耐热等各种高性能表面，代替昂贵的整体高级合金。自送粉激光熔覆技术是其中一种，即在激光照射的同时，用气体将材料粉末以一定角度吹人熔池内熔化，使熔覆材料与基材呈冶金结合，可熔覆金属或陶瓷粉末形成相应熔覆层。
激光工程化净成形技术即LENS系统，由美国Sandia国家实验室首先提出的一种方法。该技术综合了自送粉激光熔覆和SIS的特点。激光工程化净成形基本过程:由CAD产生零件模型，并用分层切片软件对其进行处理。获得各截面形状的信息参数，作为工作台进行移动的轨迹参数。工作台在计算机的控制下，根据几何形体各层截面的坐标数据进行移动的同时，用激光涂覆的方法将材料进行层层堆积，最终形成具有一定外形的三维实体零件。其熔覆层的最大特点是致密性好，强度和性能达到甚至超过常规方法得到的金属层。图2是原理示意图。
图2激光熔覆快速成型原理
该方法的材料应用广泛，并采用已成功制造了316、304不锈钢，625、690、718镍基高温合金，H13工具钢，Ti-6A1.4V钛合金以及镍铝金属间化合物及钨等难熔金属零件，零件致密度达到近乎l00%，机械性能也很好。例如制造的H13制造的模具硬度达到59.3HRC旧。
德国对钴基(Stellite)和镍基合金(Incone1625)进行了这方面的研究，并发现不论使用什么材料，对熔覆部分的结构检查均可发现其组织细小，其中有部分树枝晶结构。对材料的测试表明，熔覆零部件的密度近l00%，抗拉强度和断裂强度与常规的金属材类似。
与SLS相比，LENS技术的优点是不需要浸渗等后处理工序，就可获得致密度较高的零件组织和强度。该技术的缺点是需使用大功率激光器，设备造价昂贵；成型时热应力较大，成型精度不高。
激光工程化净成形技术(LENS)目前最主要的商业应用是制造成型金属注射模。此外，LENS系统也可用于模具修复。目前，以金属细丝代替金属粉末成型的送丝激光工程技术正在研究之中。其它几种激光熔覆快速成型方法。如美国称作DLF的金属零件快速成型技术，进行了铝基、铁基、镍基材料，铼、铱、钽、钨等难熔金属，不锈钢、工具钢银一铜合金，钛合金，NiA1，Mo5Si3等材料的零件直接成型研究；发展了钛合金(Ti-5AL-2.5 SnTi-6A1-4V)的柔性制造技术，其工作空间为(3x3x1.2)m，产品达到近终形；开发了一种称为LAM系统，目前主要用于大型钛金属件制造；正在研制的直接金属成型技术，用激光融化金属粉末，能一次制作出质地均匀、强度高的金属零件。
(3)超声波固结]。高温选择性激光烧结和激光熔覆技术都能直接成型出钢和钛的功能零件，但在直接成型铝功能零件方面还没有成功。因为铝具有高的热传导性和高的反射率，所以直接选择性激光高温烧结和激光熔覆技术以激光作为能源是直接成型功能铝件的最大障碍。但US Slidica从不同的角度研发应用超声波粘结铝层，即超声波固结技术，成型出性能好的铝件。
超声波固结技术是从建立的CAD模型获得信息来实现零件的层层粘接，与其它快速成型方法是类似的不同点是超声波固结不是烧结融熔金属粉末，而是利用超声波产生摩擦实现真正的冶金粘结粉末层。不用粘结剂，也没有烧结和渗透后处理工序。
超声波固结技术显示了直接成型金属工艺方面最高水平。超声波固结同融化金属粉末的技术相比有许多优势:超声波能量制造是固相间的连接，所以避免了液固相的转变，这就避免了残余应力，尺寸变化，和冶金的不相容。也避免了因冶金不匹配与金属有关的设计限制。超声波固结工艺还可以实现多种类型的金属层连接，可成型出每层性能不同的零件。
Slidica的超声波固结设备可以通过一个工序就几乎完成注射模内腔。而传统的快速制模要三步，所有内腔需要机械抛光。这个系统据说已加工出铝的塑料注射模、熔模铸造模和砂型铸造模。传统加工(254x305X76)mm的原型注射浇铸模需要许多工序，大约2~4周时间完成，成本是$20000。而Slidica系统可能只要十天，成本大约$5000。
现在超声波固结技术只在铝合金方面应用，但专家指出该技术具有更广泛的应用潜能，材料包括不锈钢、镁、铜、镍合金和钛。应用超声波固结技术的成型设备，成型的零件尺寸范围是(588x914x254)mm，成型速度为5080mm/min。商业化的SolidicaS设备，名为Formmion，精度达到了±O.05mm。
2.影响金属粉末直接成型零件的因素
(1)金属粉末的直接快速成型技术中，金属粉末熔化所需的能量多数是由激光器提供。所以激光器的发展在金属粉末的直接快速成型技术中起着举足轻重作用。
上世纪90年代，主要使用CO2激光器和Nb:YAG固体激光器。CO2激光和Nb:YAG固体激光的波长分别为1.06和10.6。在红外区，金属对激光的吸收率是随着波长的增加而减小。所以，金属材料对Nb:YAG吸收率大大高于CO2激光。现在一种高能量的二极管激光器被使用。HPDL激光波长是0.808~0.940，更有利于金属材料的吸收。同CO2激光和Nb:YAG激光相比，金属材料对HPDL激光的吸收率更高。有实验数据证明，固态钢粉末对HPDL激光吸收率大于45%，对Nb:YAG激光吸收率大约是35%，对CO2激光吸收率小于15%。激光功率和金属粉末对激光的吸收率有影响，并影响成型的速度。现在所使用激光器的功率是在几百瓦到几千瓦四。
(2)粉末材料对零件的综合机械性能和表面质量也有较大的影响。粉末颗粒越细，材料对激光的吸收率越高，烧结所需的能量就越小，只要对输入的激光能量进行精确控制，就能够烧结出细微的金属件。
EOS对材料的性能方面进行了大量研究，生产了铜基和钢基合金。烧结时的粉末层由传统的50提高到20，l可解决微细结构和表面质量的问题，零件致密度几乎100%.表面光洁度Ra0.25，甚至可进一步提高得到镜面水平，并且成功地解决了金属粉末直接烧结时金属粉末凝固收缩的难题。粉末仍以钢为主，加入其它一些混和物，直径为20。最近推出DirectSteel20-V1新机器层厚为0.02mm，所烧制的金属零件表面粗糙度良好，无需另外的加工，烧制件密度约为钢的95%~99%。推出的金属粉末成型材料DfiectSteelH20，其硬度可达42HRC抗拉强度达1200MPa。用H20制作的模具镶块用于塑料注射模，其寿命可达10万件。
3.金属粉末的直接快速成型技术的结语
- 直接金属成型等快速成型技术大多以激光作为能源，由于激光系统的价格及维护费用昂贵，致使成型件的成本较高。于是利用超声波成型金属零件是今后一个新的发展方向。
- 烧结金属细粉所需的功率远低于烧结粗粉所需的功率，所以发展微纳粉末金属材料，使采用小功率的设备成为可能，并且成形精度好。
- 由于金属零件的综合机械性由金属粉末成型的许多因素综合影响决定的，要通过的大量实验来确定优化工艺参数。在用计算模拟方面的工作还相当少，通过计算机模拟同实验结合来优化参数是一个发展方向。