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)。

高熵合金（HEA）憑借多主元（≥5種元素）的固溶強(qiáng)化效應(yīng)，成為極端環(huán)境材料的新寵。美國HRL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的CoCrFeNiMn粉末，通過SLM打印后抗拉強(qiáng)度達(dá)1.2GPa，且在-196℃下韌性無衰減，適用于液氫儲罐。其主要主要挑戰(zhàn)在于元素均勻性控制——等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（PREP）工藝可使各元素偏析度<3%，但成本超$2000/kg。近期，中國科研團(tuán)隊(duì)通過機(jī)器學(xué)習(xí)篩選出FeCoNiAlTiB高熵合金，耐磨性比工具鋼提升8倍，已用于石油鉆探噴嘴的批量打印。貴州鈦合金模具鈦合金粉末廠家在深海裝備領(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。

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(jì)。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。

將MOF材料（如ZIF-8）與金屬粉末復(fù)合，可賦予3D打印件多功能特性。美國西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)在316L不銹鋼粉末表面生長2μm厚MOF層，打印的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)壁比表面積提升至1200m2/g，催化效率較傳統(tǒng)材質(zhì)提高4倍。在儲氫領(lǐng)域，鈦合金-MOF復(fù)合結(jié)構(gòu)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(dá)4.5wt%，超越多數(shù)固態(tài)儲氫材料。挑戰(zhàn)在于MOF的熱分解溫度（通常<400℃）與金屬打印高溫環(huán)境不兼容，需采用冷噴涂技術(shù)后沉積MOF層，界面結(jié)合強(qiáng)度需≥50MPa以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。全球金屬3D打印材料市場規(guī)模預(yù)計(jì)2025年超50億美元。

金屬3D打印的規(guī)模化應(yīng)用亟需建立全球統(tǒng)一的粉末材料標(biāo)準(zhǔn)。目前ASTM、ISO等組織已發(fā)布部分標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM F3049針對鈦粉粒度分布），但針對動態(tài)性能（如粉末復(fù)用性、打印缺陷容忍度）的測試方法仍不完善。以航空航天領(lǐng)域?yàn)槔ㄒ艄疽蠊?yīng)商提供粉末批次的全生命周期數(shù)據(jù)鏈，包括霧化工藝參數(shù)、氧含量檢測記錄及打印試樣的CT掃描報(bào)告。歐盟“PUREMET”項(xiàng)目則致力于開發(fā)低雜質(zhì)（O<0.08%、N<0.03%）鈦粉認(rèn)證體系，但其檢測成本占粉末售價(jià)的12-15%。未來，區(qū)塊鏈技術(shù)或用于追蹤粉末供應(yīng)鏈，確保材料可追溯性與合規(guī)性。金屬3D打印件的后處理（如熱處理）對力學(xué)性能至關(guān)重要。甘肅金屬材料鈦合金粉末合作

電子束熔融（EBM）技術(shù)適合鈦合金的高效打印。安徽冶金鈦合金粉末合作

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。