傳統(tǒng)氣霧化制粉依賴天然氣燃燒，每千克鈦粉產(chǎn)生8kg CO?排放。德國林德集團(tuán)開發(fā)的綠氫等離子霧化（H2-PA）技術(shù)，利用可再生能源制氫作為霧化氣體與熱源，使316L不銹鋼粉末的碳足跡降至0.5kg CO?/kg。氫的還原性還可將氧含量從0.08%降至0.03%，提升打印件延展性15%。挪威Hydro公司計劃2025年建成全綠氫鈦粉生產(chǎn)線，目標(biāo)年產(chǎn)500噸，成本控制在$80/kg。但氫氣的儲存與安全傳輸仍是難點(diǎn)，需采用鈀銀合金膜實(shí)現(xiàn)99.999%純度氫循環(huán)，并開發(fā)爆燃壓力實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。

鈦合金（尤其是Ti-6Al-4V）因其生物相容性、高比強(qiáng)度及耐腐蝕性，成為骨科植入體和牙科修復(fù)體的理想材料。3D打印技術(shù)可通過精確控制孔隙結(jié)構(gòu)（如梯度孔隙率設(shè)計），模擬人體骨骼的力學(xué)性能，促進(jìn)骨細(xì)胞生長。例如，德國EOS公司開發(fā)的Ti64 ELI（低間隙元素）粉末，氧含量低于0.13%，打印的髖關(guān)節(jié)假體孔隙率可達(dá)70%，患者術(shù)后恢復(fù)周期縮短40%。然而，鈦合金粉末的高活性導(dǎo)致打印過程需全程在氬氣保護(hù)下進(jìn)行，且殘余應(yīng)力管理難度大。近年來，研究人員通過引入熱等靜壓（HIP）后處理技術(shù)，可將疲勞壽命提升3倍以上，同時降低表面粗糙度至Ra<5μm，滿足醫(yī)療植入體的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。 中國香港冶金鈦合金粉末咨詢氣霧化法是生產(chǎn)高球形度金屬粉末的主流工藝。

國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）的鎢質(zhì)第“一”壁需承受14MeV中子輻照與10MW/m2熱流。傳統(tǒng)鎢塊無法加工冷卻流道，而3D打印的鎢-銅梯度材料（W-10Cu至W-30Cu過渡層）通過EBM技術(shù)實(shí)現(xiàn)，熱疲勞壽命達(dá)5000次循環(huán)（較均質(zhì)鎢提升5倍）。關(guān)鍵技術(shù)包括：① 中子輻照模擬驗(yàn)證（在JET托卡馬克中測試）；② 界面擴(kuò)散阻擋層（0.1μm TaC涂層）抑制銅滲透；③ 氦冷卻通道拓?fù)鋬?yōu)化（壓降降低30%）。但鎢粉的高成本（$500/kg）與打印缺陷（孔隙率需<0.1%）仍是量產(chǎn)瓶頸，需開發(fā)粉末等離子球化再生技術(shù)。

4D打印通過材料自變形能力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)隨時間或環(huán)境變化的功能。鎳鈦諾（Nitinol）形狀記憶合金粉末的SLM打印技術(shù)，可制造體溫“激”活的血管支架——在37℃時直徑擴(kuò)張20%，恢復(fù)預(yù)設(shè)形態(tài)。德國馬普研究所開發(fā)的梯度NiTi合金，通過調(diào)控鉬（Mo）摻雜量（0-5%），使相變溫度在-50℃至100℃間精確可調(diào)，適用于極地裝備的自適應(yīng)密封環(huán)。技術(shù)難點(diǎn)在于打印過程的熱循環(huán)會改變奧氏體-馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，需通過800℃×2h的固溶處理恢復(fù)記憶效應(yīng)。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(tǒng)機(jī)構(gòu)減重80%。

碳纖維增強(qiáng)鋁基（AlSi10Mg+20% CF）復(fù)合材料通過3D打印實(shí)現(xiàn)各向異性設(shè)計。美國密歇根大學(xué)開發(fā)的定向碳纖維鋪放技術(shù)，使復(fù)合材料沿纖維方向的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)220W/m·K，垂直方向?yàn)?5W/m·K，適用于定向散熱衛(wèi)星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒（Al?O?）增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，硬度提升至650HV，用于航空發(fā)動機(jī)耐磨襯套。挑戰(zhàn)在于增強(qiáng)相與基體的界面結(jié)合——采用等離子球化預(yù)包覆工藝，在鈦粉表面沉積200nm Al?O?層，可使界面剪切強(qiáng)度從50MPa提升至180MPa。未來，多功能復(fù)合材料（如壓電、熱電特性集成）或推動智能結(jié)構(gòu)件發(fā)展。

在深海裝備領(lǐng)域，鈦合金3D打印部件憑借耐腐蝕性和高比強(qiáng)度，替代傳統(tǒng)鍛造工藝降低成本。中國臺灣鈦合金模具鈦合金粉末合作

全固態(tài)電池的3D打印鋰金屬負(fù)極可突破傳統(tǒng)箔材局限。美國Sakuu公司采用納米鋰粉（粒徑<5μm）與固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合粉末，通過多噴頭打印形成3D多孔結(jié)構(gòu)，比容量提升至3860mAh/g（理論值90%），且枝晶抑制效果明顯。正極方面，NCM811粉末與碳納米管（CNT）的梯度打印使界面阻抗降低至3Ω·cm2，電池能量密度達(dá)450Wh/kg。挑戰(zhàn)在于：① 鋰粉的惰性氣氛控制（氧含量<1ppm）；② 層間固態(tài)電解質(zhì)薄膜打印（厚度<5μm）；③ 高溫?zé)Y(jié)（200℃）下的尺寸穩(wěn)定性。2025年目標(biāo)實(shí)現(xiàn)10Ah級打印電池量產(chǎn)。