盡管3D打印減少材料浪費(fèi)（利用率可達(dá)95% vs 傳統(tǒng)加工的40%），但其能耗與粉末制備的環(huán)保問題引發(fā)關(guān)注。一項(xiàng)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(fā)的氫化脫氫（HDH）鈦粉工藝，能耗比傳統(tǒng)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(chǎn)生重金屬污染。未來，綠氫能源驅(qū)動的霧化設(shè)備與閉環(huán)粉末回收系統(tǒng)或成行業(yè)減碳關(guān)鍵路徑。

基于患者CT數(shù)據(jù)的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，使3D打印鈦合金植入體實(shí)現(xiàn)力學(xué)適配與骨整合雙重目標(biāo)。瑞士Medacta公司開發(fā)的膝關(guān)節(jié)假體，通過生成式設(shè)計(jì)將彈性模量從110GPa降至3GPa，匹配人體骨骼，同時孔隙率梯度從內(nèi)部30%過渡至表面80%，促進(jìn)細(xì)胞長入。此類結(jié)構(gòu)需使用粒徑20-45μm的Ti-6Al-4V ELI粉末，通過SLM技術(shù)以70μm層厚打印，表面經(jīng)噴砂與酸蝕處理后粗糙度達(dá)Ra=20-50μm。臨床數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化設(shè)計(jì)的植入體術(shù)后發(fā)病率降低60%，但個性化定制導(dǎo)致單件成本超$5000，醫(yī)保覆蓋仍是推廣瓶頸。中國澳門鈦合金物品鈦合金粉末價(jià)格電弧增材制造（WAAM）技術(shù)利用鈦合金絲材，實(shí)現(xiàn)大型航空航天結(jié)構(gòu)件的低成本快速成型。

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)。

軍民用裝備的輕量化與隱身性能需求驅(qū)動金屬3D打印創(chuàng)新。洛克希德·馬丁公司采用鋁基復(fù)合材料（AlSi7Mg+5% SiC）打印無人機(jī)機(jī)翼，通過內(nèi)置晶格結(jié)構(gòu)吸收雷達(dá)波，RCS（雷達(dá)散射截面積）降低12dB，同時減重25%。另一案例是鈦合金防彈插板，通過仿生疊層設(shè)計(jì)（硬度梯度從表面1200HV過渡至內(nèi)部600HV），可抵御7.62mm穿甲彈沖擊，重量比傳統(tǒng)陶瓷復(fù)合板輕30%。但“軍“工領(lǐng)域?qū)Σ牧献匪菪砸髽O高，需采用量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)，在粉末中嵌入納米級ID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)全生命周期追蹤。激光選區(qū)熔化（SLM）是當(dāng)前主流的金屬3D打印技術(shù)之一。

模仿自然界生物結(jié)構(gòu)的金屬打印設(shè)計(jì)正突破材料極限。哈佛大學(xué)受海螺殼啟發(fā)，打印出鈦合金多級螺旋結(jié)構(gòu)，裂紋擴(kuò)展阻力比均質(zhì)材料高50倍，用于抗沖擊無人機(jī)起落架。另一案例是蜂窩-泡沫復(fù)合結(jié)構(gòu)——空客A320的3D打印艙門鉸鏈，通過仿生蜂窩設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)比強(qiáng)度180MPa·cm3/g，較傳統(tǒng)鍛件減重35%。此類結(jié)構(gòu)依賴超細(xì)粉末（粒徑10-25μm）和高精度激光聚焦（光斑直徑<30μm），目前能實(shí)現(xiàn)厘米級零件打印。英國Renishaw公司開發(fā)的五激光同步掃描系統(tǒng)，將大型仿生結(jié)構(gòu)（如風(fēng)力渦輪機(jī)主軸承）的打印速度提升4倍，成本降低至$220/kg。

金屬3D打印可明顯減少材料浪費(fèi)，提升制造效率。海南金屬材料鈦合金粉末合作

金屬玻璃因非晶態(tài)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)超”高“強(qiáng)度（>2GPa）和彈性極限（~2%），但其制備依賴毫米級薄帶急冷法，難以成型復(fù)雜零件。美國加州理工學(xué)院通過超高速激光熔化（冷卻速率達(dá)10^6 K/s），成功打印出鋯基（Zr??Cu??Al??Ni?）金屬玻璃齒輪，晶化率控制在1%以下，硬度達(dá)550HV。該技術(shù)采用粒徑<25μm的預(yù)合金粉末，激光功率密度需超過500W/mm2以確保熔池瞬間冷卻。然而，非晶合金的打印尺寸受限——目前比較大連續(xù)結(jié)構(gòu)為10cm×10cm×5cm，且殘余應(yīng)力易引發(fā)自發(fā)斷裂。日本東北大學(xué)通過添加0.5%釔（Y）細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)，將臨界打印厚度從3mm提升至8mm，拓展了其在精密軸承和手術(shù)刀具中的應(yīng)用。