模仿生物結(jié)構(gòu)（如蜂窩、骨小梁）的輕量化設(shè)計(jì)正通過金屬3D打印實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。瑞士醫(yī)療公司Medacta利用鈦合金打印仿生多孔髖臼杯，孔隙率70%，彈性模量接近人體骨骼，減少應(yīng)力遮擋效應(yīng)50%。在航空領(lǐng)域，空客A320的仿生艙門支架采用鋁合金晶格結(jié)構(gòu)，通過有限元拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)載荷自適應(yīng)分布，疲勞壽命延長3倍。挑戰(zhàn)在于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支撐去除與表面光潔度控制，需結(jié)合激光拋光與流體動(dòng)力學(xué)后處理。未來，AI驅(qū)動(dòng)的生成式設(shè)計(jì)軟件將進(jìn)一步加速仿生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

鈦合金（如Ti-6Al-4V）憑借優(yōu)越的生物相容性、“高”強(qiáng)度重量比（抗拉強(qiáng)度≥900MPa）和耐腐蝕性，成為骨科植入物和航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主要材料。3D打印技術(shù)可定制復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)骨骼細(xì)胞長入，縮短患者康復(fù)周期。在航空領(lǐng)域，GE公司通過3D打印鈦合金燃油噴嘴，將傳統(tǒng)20個(gè)零件集成為1個(gè)，減重25%并提高耐用性。然而，鈦合金粉末成本高昂（每公斤約300-500美元），且打印過程中易與氧、氮發(fā)生反應(yīng)，需在真空或高純度惰性氣體環(huán)境中操作。未來，低成本鈦粉制備技術(shù)（如氫化脫氫法）或?qū)⑼苿?dòng)其更廣泛應(yīng)用。

鎂合金（如WE43、AZ91）因其生物可降解性和骨誘導(dǎo)特性，成為骨科臨時(shí)植入物的理想材料。3D打印多孔鎂支架可在體內(nèi)逐步降解（速率0.2-0.5mm/年），避免二次手術(shù)取出。德國夫瑯禾費(fèi)研究所開發(fā)的Mg-Zn-Ca合金支架，通過調(diào)節(jié)孔隙率（60-80%）實(shí)現(xiàn)降解與骨再生同步，臨床試驗(yàn)顯示骨折愈合時(shí)間縮短30%。挑戰(zhàn)在于鎂的高活性導(dǎo)致打印時(shí)易氧化，需在氦氣環(huán)境下操作并將氧含量控制在10ppm以下。2023年全球可降解金屬植入物市場達(dá)4.3億美元，鎂合金占比超50%，預(yù)計(jì)2030年復(fù)合增長率達(dá)22%。

月球與火星基地建設(shè)需依賴原位資源利用（ISRU），金屬3D打印技術(shù)可將月壤模擬物（含鈦鐵礦）與回收金屬粉末結(jié)合，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件本地化生產(chǎn)。歐洲航天局（ESA）的“PROJECT MOONRISE”利用激光熔融技術(shù)將月壤轉(zhuǎn)化為鈦-鋁復(fù)合材料，抗壓強(qiáng)度達(dá)300MPa，用于建造輻射屏蔽艙。美國Relativity Space開發(fā)的“Stargate”打印機(jī)，可在火星大氣中直接打印不銹鋼燃料儲(chǔ)罐，減少地球運(yùn)輸質(zhì)量90%。挑戰(zhàn)包括低重力環(huán)境下的粉末控制（需電磁約束系統(tǒng)）與極端溫差（-180℃至+120℃）下的材料穩(wěn)定性。據(jù)NSR預(yù)測，2035年太空殖民金屬3D打印市場將達(dá)27億美元，年均增長率38%。

傳統(tǒng)氣霧化工藝的高能耗（50-100kWh/kg）與碳排放推動(dòng)綠色制備技術(shù)發(fā)展。瑞典H?gan?s公司開發(fā)的氫霧化（Hydrogen Atomization）技術(shù)，利用氫氣替代氬氣，能耗降低40%，并捕獲反應(yīng)生成的金屬氫化物用于儲(chǔ)能。美國6K Energy的微波等離子體工藝可將廢鋁回收為高純度粉末（氧含量<0.1%），成本為傳統(tǒng)方法的30%。歐盟“綠色粉末計(jì)劃”目標(biāo)2030年將金屬粉末生產(chǎn)碳足跡減少60%。中國鋼研科技集團(tuán)開發(fā)的太陽能驅(qū)動(dòng)霧化塔，每公斤粉末碳排放降至1.2kg CO?eq，較行業(yè)平均低75%。2023年全球綠色金屬粉末市場規(guī)模為3.8億美元，預(yù)計(jì)2030年突破20億美元，年復(fù)合增長率達(dá)28%。

金屬粉末的松裝密度與振實(shí)密度比值反映其壓縮成型潛力。西藏3D打印金屬鋁合金粉末價(jià)格

固態(tài)電池的金屬化電極與復(fù)合集流體依賴高精度制造，3D打印提供全新路徑。美國Sakuu公司采用多材料打印技術(shù)制造鋰金屬負(fù)極-固態(tài)電解質(zhì)一體化結(jié)構(gòu)，能量密度達(dá)450Wh/kg，循環(huán)壽命超1000次。其工藝結(jié)合鋁粉（集流體）與陶瓷電解質(zhì)（Li7La3Zr2O12）的逐層沉積，界面阻抗降低至5Ω·cm2。德國寶馬投資2億歐元建設(shè)固態(tài)電池打印產(chǎn)線，目標(biāo)2025年量產(chǎn)車用電池，充電速度提升50%。但材料兼容性（如鋰金屬活性控制）與打印環(huán)境（“露”點(diǎn)<-50℃）仍是技術(shù)瓶頸。2023年該領(lǐng)域市場規(guī)模為1.2億美元，預(yù)計(jì)2030年突破18億美元，年復(fù)合增長率達(dá)48%。西藏3D打印金屬鋁合金粉末價(jià)格