增材制造（3D 打印）作为引领制造业变革的关键技术，其精密化、复杂化生产需求对辅助材料提出了严苛要求。氦气作为一种惰性气体，凭借独特的物理化学特性，在金属、树脂等材料的 3D 打印过程中发挥着不可替代的作用。尽管目前行业尚未形成统一的应用比例统计标准，但从技术特性与市场实践来看，氦气在高端增材制造领域的渗透率正持续提升，尤其在航空航天、医疗等高附加值领域，其应用占比显著高于传统制造业。
在金属粉末床熔融（SLM）工艺中，氦气的核心价值在于营造惰性气氛。金属打印过程中，激光聚焦点温度可达数千摄氏度，极易导致钛合金、铝合金等活性材料与空气中的氧气、氮气发生反应，形成氧化层或氮化物，影响零件力学性能。根据德国弗朗霍夫研究所 2024 年发布的《金属增材制造气体保护技术白皮书》，采用氦气作为保护气体时，零件表面氧化率可控制在 0.1% 以下，较氩气保护降低 60% 以上。同时，氦气的高热导率（0.15 W/(m·K)，约为氩气的 6 倍）能快速带走熔池周边热量，减少热应力集中，使成形件的致密度提升至 99.8% 以上，这一特性在钛合金航空发动机叶片制造中尤为关键。
电子束熔融（EBM）技术则进一步放大了氦气的优势。电子束轰击金属粉末时会产生大量 X 射线与二次电子，普通气体分子易被电离形成等离子体干扰电子束聚焦。氦气的高电离能（24.59 eV）使其在电子束环境下保持稳定，确保能量精准传递至粉末层。瑞典 Arcam 公司（GE Additive 子公司）公布的技术参数显示，采用氦气作为 EBM 工艺的工作气体时，电子束定位精度可达 ±0.01 mm，打印效率较真空环境提升 30%。目前，全球 80% 以上的 EBM 设备均标配氦气供应系统，单次打印过程的气体消耗量约为 50 - 80 立方米，具体数值取决于打印舱体积与零件复杂度。
在树脂光固化领域，氦气的应用呈现差异化特点。虽然紫外光固化树脂本身不易氧化，但某些功能性树脂（如含纳米金属粒子的复合材料）在固化过程中仍需惰性环境保护。美国 3D Systems 公司在 2023 年推出的 Figure 4 Modular 生产线中，通过氦气氛围控制，使光敏树脂的固化收缩率从传统工艺的 2.5% 降至 1.2%，显著提升了精密医疗部件的尺寸稳定性。不过，由于氦气成本较高（当前市场价格约为氩气的 8 - 10 倍），其在消费级树脂打印中的应用比例不足 5%，主要集中于牙科种植体、人工关节等高精度医疗产品。
从行业趋势看，氦气在增材制造中的应用比例受技术迭代与成本控制双重影响。一方面，随着打印零件向大型化、薄壁化发展（如直径超过 1 米的航天燃料贮箱），对气体纯度（需达到 99.999% 以上）与流量稳定性的要求更高，氦气的不可替代性进一步凸显；另一方面，回收循环技术的进步正在降低应用成本。法国液化空气集团开发的氦气回收系统，可将 SLM 设备的气体利用率从 30% 提升至 75%，使单公斤打印成本降低约 15 美元。据行业咨询机构 Smarter Ecosystems 预测，到 2028 年，全球增材制造用氦气市场规模将达到 4.2 亿美元，年复合增长率维持在 18% 以上，其中航空航天领域的占比将超过 60%。
值得注意的是，氦气作为不可再生资源（地球大气中含量仅 0.0005%，主要来源于天然气开采），其供应稳定性对行业发展构成潜在影响。近年来，美国、卡塔尔等主要产气国的出口政策波动，已导致全球氦气价格在 2021 - 2023 年间上涨了 40%。这一背景下，部分企业开始探索混合气体方案（如氦气与氩气按 3:7 比例混合），在成本与性能间寻求平衡。但从技术角度看，混合气体的保护效果仍无法完全替代纯氦气，尤其在要求零缺陷的关键结构件制造中，氦气的应用仍占据主导地位。
增材制造技术的演进始终与材料科学紧密相连，氦气作为“隐形助手”，其应用比例的提升不仅反映了行业对精度与可靠性的极致追求，也折射出高端制造领域对特种气体的战略依赖。随着工业 4.0 的深入推进，氦气在增材制造中的价值将不再局限于工艺辅助，更可能通过与人工智能、数字孪生等技术的结合，实现气体流量、纯度的实时优化，为制造业的绿色化、智能化转型提供新的技术支点。
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