轻量化材料就是既具备自重轻的特点又能满足产品性能要求的材料，轻量化材料制造的零部件可以减少产品整体重量，达到节能减排的目的，具备经济和环保的双重效益。

工业领域使用的轻量化材料包括金属材料和非金属材料，按照减重效果由低到高来排序，依次有高强钢、铝合金、钛合金、镁合金、工程塑料、碳纤维复合材料，下面一一为大家介绍。

一、高强钢

钢是工业产品的主要原材料，现阶段适用于3D打印的钢材主要有A100、300M等高强钢，316L和304L不锈钢、18Ni-300马氏体钢、17-4PH和15-5PH沉淀硬化不锈钢以及H13工具钢等。在同等的强度等级下，使用高强度钢可以最大限度减轻钢板的厚度，因此，钢的强度越高，减重效果越好，相比较其他材料，钢材更具成本优势，目前，钢材的研究在不断朝着质量轻、强度高的方向演化，如果能够兼具轻量化与成本优势，那么依然会是工业产品的主流选择。

二、铝合金

铝的密度只有钢的1/3，具有密度小、易加工、耐腐蚀、可回收的优点，但众所周知铝的熔点低、强度低，耐高温及承重能力不足，针对这一特点，在AL中加入Si、Fe、Mn、Cr、Zn、Ti等元素制成铝合金来提升其强度和硬度，使得以铝代钢可能性逐渐显露。

目前适用于3D打印的铝合金材料主要有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等，其中AlSi10Mg因其综合性能较优，占据主流地位。但是AlSi系列合金依然无法满足许多产品对于强度的要求，因此高强度铝合金是目前3D打印用铝基材料的主要研究方向。

现在已有一些高强铝合金材料问世，比如空客的Scalmalloy、英国铸造公司Aeromet International的A20X、长沙新材料产业研究院的AlMgSc以及苏州倍丰的Al250C等。

三、钛合金

钛及钛合金具有密度小、耐腐蚀、耐高温、强度高的特点，从性能而言是最理想的轻量化材料但是相比较钢和铝成本过高，目前主要用于高端制造领域如军用飞机和医疗领域，在汽车制造领域少量用于排气系统相关组件，3D打印用钛合金材料主要有Ti64。

四、镁合金

镁的密度是铝的2/3，钢的2/9，钛的1/2，镁的比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷，除此之外，镁合金重量轻，具有优良的导电性、导热性、减震性，我国的镁资源丰富，是最具潜力的轻量化材料之一，现阶段镁合金在美、日汽车工业领域的使用较为普遍但相对其他材料依然较少，在我国处于起步阶段，整体而言呈增长态势，在车身、发动机和内饰上都可见镁合金的身影。3D打印用镁合金材料主要有Mg60Al40，因镁合金本身需求少，所以使用不是很普遍。

五、工程塑料

工程塑料，与普通塑料相比具有更好的稳定性、耐热性和耐腐蚀性，与金属相比，质量更轻、易加工、具有电绝缘性，常用的3D打印用工程塑料有PA、PEEK、PEKK以及PEI等，工程塑料3D打印部件，可以用作设计验证，缩短研发周期，也可以用来制作功能部件，比如汽车的内饰件、电器件、控制面板等部件，既可以实现轻量化还可以节省成本，工程塑料在轻量化制造方面的应用呈现增长趋势，材料的种类也在不断丰富。

六、碳纤维复合材料

碳纤维材料是由有机纤维经碳化处理及石墨化处理得到的一种含碳量高于90%的无机高性能纤维，具有碳素材料的强抗拉力特性又兼具纤维材料的软加工性，其密度不到钢的 1/5，但强度却是钢的8倍。

有研究显示，用碳纤维代替钢材可以减重50%作用，轻量化潜力巨大，但目前制造成本较高。

在3D打印方面，碳纤维材料不能直接用于打印，需要嵌入其他材料形成复合材料使用，比如Markforged公司开发的onyx FR材料，由金属材料与碳纤维材料结合而成，具有轻质，自熄性（燃烧时会自熄灭）和打印光洁度（无需后处理）的特征。

总结

更轻、更节能、更环保的目标逐渐成为工业领域的共同追求，轻量化材料、设计和制造技术的协同发展势在必行。依照以上材料在轻量化制造方面的应用现状和成长空间来划分生命周期，碳纤维复合材料处于导入期，工程塑料和镁合金处于导入期向成长期过渡，铝合金处于快速成长期，高强钢处于成熟期（先进高强钢和超高强钢处于快速成长期），而传统钢材已步入衰退期。