碳纖維增強鋁基（AlSi10Mg+20% CF）復合材料通過3D打印實現各向異性設計。美國密歇根大學開發的定向碳纖維鋪放技術，使復合材料沿纖維方向的導熱系數達220W/m·K，垂直方向為45W/m·K，適用于定向散熱衛星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒（Al?O?）增強鈦基復合材料，硬度提升至650HV，用于航空發動機耐磨襯套。挑戰在于增強相與基體的界面結合——采用等離子球化預包覆工藝，在鈦粉表面沉積200nm Al?O?層，可使界面剪切強度從50MPa提升至180MPa。未來，多功能復合材料（如壓電、熱電特性集成）或推動智能結構件發展。

4D打印通過材料自變形能力實現結構隨時間或環境變化的功能。鎳鈦諾（Nitinol）形狀記憶合金粉末的SLM打印技術，可制造體溫“激”活的血管支架——在37℃時直徑擴張20%，恢復預設形態。德國馬普研究所開發的梯度NiTi合金，通過調控鉬（Mo）摻雜量（0-5%），使相變溫度在-50℃至100℃間精確可調，適用于極地裝備的自適應密封環。技術難點在于打印過程的熱循環會改變奧氏體-馬氏體轉變點，需通過800℃×2h的固溶處理恢復記憶效應。4D打印的航天天線支架已通過ESA測試，在太空溫差（-170℃至120℃）下自主展開，展開誤差<0.1°，較傳統機構減重80%。

3D打印金屬材料（又稱金屬增材制造材料）是高級制造業的主要突破方向之一。其技術原理基于逐層堆積成型，通過高能激光或電子束選擇性熔化金屬粉末，實現復雜結構的直接制造。與傳統鑄造或鍛造工藝相比，3D打印無需模具，可大幅縮短產品研發周期，尤其適用于航空航天領域的小批量定制化部件。例如，GE航空采用鈦合金3D打印技術制造的燃油噴嘴，將20個傳統零件整合為單一結構，重量減輕25%，耐用性明顯提升。然而，該技術對粉末材料要求極高，需滿足低氧含量、高球形度及粒徑均一性，制備成本約占整體成本的30%-50%。未來，隨著等離子霧化、氣霧化技術的優化，金屬粉末的工業化生產效率有望進一步提升。

太空探索中，3D打印技術正從“地球制造”轉向“地外資源利用”。NASA的“月球熔爐”計劃提出利用月壤中的鈦鐵礦（FeTiO?）與氫還原技術，原位提取鈦、鐵等金屬元素，并通過激光燒結制成結構件。實驗表明，月壤模擬物經1600℃熔融后可打印出抗壓強度超20MPa的墻體模塊，密度為地球鋁合金的60%。歐洲航天局（ESA）則開發了太陽能聚焦系統，直接在月球表面熔化月壤粉末，逐層建造輻射屏蔽層，減少宇航員暴露于宇宙射線的風險。但挑戰在于月壤的高硅含量（約45%）導致打印件脆性明顯，需添加2-3%的粘結劑（如聚乙烯醇）提升韌性。未來，結合機器人自主采礦與打印的閉環系統，或使月球基地建設成本降低70%。

盡管3D打印減少材料浪費（利用率可達95% vs 傳統加工的40%），但其能耗與粉末制備的環保問題引發關注。一項生命周期分析（LCA）表明，打印1kg鈦合金零件的碳排放為12-15kg CO?，其中60%來自霧化制粉過程。瑞典Sandvik公司開發的氫化脫氫（HDH）鈦粉工藝，能耗比傳統氣霧化降低35%，但粉末球形度70-80%。此外，金屬粉末的回收率不足50%，廢棄粉末需通過酸洗或電解再生，可能產生重金屬污染。未來，綠氫能源驅動的霧化設備與閉環粉末回收系統或成行業減碳關鍵路徑。

梯度多孔鈦合金植入物能促進骨骼組織生長。山東鈦合金工藝品鈦合金粉末咨詢

將MOF材料（如ZIF-8）與金屬粉末復合，可賦予3D打印件多功能特性。美國西北大學團隊在316L不銹鋼粉末表面生長2μm厚MOF層，打印的化學反應器內壁比表面積提升至1200m2/g，催化效率較傳統材質提高4倍。在儲氫領域，鈦合金-MOF復合結構通過SLM打印形成微米級孔道（孔徑0.5-2μm），在30bar壓力下儲氫密度達4.5wt%，超越多數固態儲氫材料。挑戰在于MOF的熱分解溫度（通常<400℃）與金屬打印高溫環境不兼容，需采用冷噴涂技術后沉積MOF層，界面結合強度需≥50MPa以實現工業應用。山東鈦合金工藝品鈦合金粉末咨詢