盡管3D打印減少材料浪費（利用率可達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(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，可能產生重金屬污染。未來，綠氫能源驅動的霧化設備與閉環(huán)粉末回收系統(tǒng)或成行業(yè)減碳關鍵路徑。

基于患者CT數(shù)據(jù)的拓撲優(yōu)化技術，使3D打印鈦合金植入體實現(xiàn)力學適配與骨整合雙重目標。瑞士Medacta公司開發(fā)的膝關節(jié)假體，通過生成式設計將彈性模量從110GPa降至3GPa，匹配人體骨骼，同時孔隙率梯度從內部30%過渡至表面80%，促進細胞長入。此類結構需使用粒徑20-45μm的Ti-6Al-4V ELI粉末，通過SLM技術以70μm層厚打印，表面經(jīng)噴砂與酸蝕處理后粗糙度達Ra=20-50μm。臨床數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化設計的植入體術后發(fā)病率降低60%，但個性化定制導致單件成本超$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格電弧增材制造（WAAM）技術利用鈦合金絲材，實現(xiàn)大型航空航天結構件的低成本快速成型。

國際熱核聚變實驗堆（ITER）的鎢質第“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技術實現(xiàn)，熱疲勞壽命達5000次循環(huán)（較均質鎢提升5倍）。關鍵技術包括：① 中子輻照模擬驗證（在JET托卡馬克中測試）；② 界面擴散阻擋層（0.1μm TaC涂層）抑制銅滲透；③ 氦冷卻通道拓撲優(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%）仍是量產瓶頸，需開發(fā)粉末等離子球化再生技術。

軍民用裝備的輕量化與隱身性能需求驅動金屬3D打印創(chuàng)新。洛克希德·馬丁公司采用鋁基復合材料（AlSi7Mg+5% SiC）打印無人機機翼，通過內置晶格結構吸收雷達波，RCS（雷達散射截面積）降低12dB，同時減重25%。另一案例是鈦合金防彈插板，通過仿生疊層設計（硬度梯度從表面1200HV過渡至內部600HV），可抵御7.62mm穿甲彈沖擊，重量比傳統(tǒng)陶瓷復合板輕30%。但“軍“工領域對材料追溯性要求極高，需采用量子點標記技術，在粉末中嵌入納米級ID標簽，實現(xiàn)全生命周期追蹤。激光選區(qū)熔化（SLM）是當前主流的金屬3D打印技術之一。

模仿自然界生物結構的金屬打印設計正突破材料極限。哈佛大學受海螺殼啟發(fā)，打印出鈦合金多級螺旋結構，裂紋擴展阻力比均質材料高50倍，用于抗沖擊無人機起落架。另一案例是蜂窩-泡沫復合結構——空客A320的3D打印艙門鉸鏈，通過仿生蜂窩設計實現(xiàn)比強度180MPa·cm3/g，較傳統(tǒng)鍛件減重35%。此類結構依賴超細粉末（粒徑10-25μm）和高精度激光聚焦（光斑直徑<30μm），目前能實現(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)，將大型仿生結構（如風力渦輪機主軸承）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，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)結構展現(xiàn)超”高“強度（>2GPa）和彈性極限（~2%），但其制備依賴毫米級薄帶急冷法，難以成型復雜零件。美國加州理工學院通過超高速激光熔化（冷卻速率達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550HV。該技術采用粒徑<25μm的預合金粉末，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)結構為10cm×10cm×5cm，且殘余應力易引發(fā)自發(fā)斷裂。日本東北大學通過添加0.5%釔（Y）細化微觀結構，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刀具中的應用。