3D打印金屬材料（又稱金屬增材制造材料）是高級制造業的主要突破方向之一。其技術原理基于逐層堆積成型，通過高能激光或電子束選擇性熔化金屬粉末，實現復雜結構的直接制造。與傳統鑄造或鍛造工藝相比，3D打印無需模具，可大幅縮短產品研發周期，尤其適用于航空航天領域的小批量定制化部件。例如，GE航空采用鈦合金3D打印技術制造的燃油噴嘴，將20個傳統零件整合為單一結構，重量減輕25%，耐用性明顯提升。然而，該技術對粉末材料要求極高，需滿足低氧含量、高球形度及粒徑均一性，制備成本約占整體成本的30%-50%。未來，隨著等離子霧化、氣霧化技術的優化，金屬粉末的工業化生產效率有望進一步提升。全球金屬3D打印材料市場規模預計2025年超50億美元。鈦合金工藝品鈦合金粉末合作

全固態電池的3D打印鋰金屬負極可突破傳統箔材局限。美國Sakuu公司采用納米鋰粉（粒徑<5μm）與固態電解質復合粉末，通過多噴頭打印形成3D多孔結構，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450Wh/kg。挑戰在于：① 鋰粉的惰性氣氛控制（氧含量<1ppm）；② 層間固態電解質薄膜打印（厚度<5μm）；③ 高溫燒結（200℃）下的尺寸穩定性。2025年目標實現10Ah級打印電池量產。

量子點（QDs）作為納米級熒光標記物，正被引入金屬粉末供應鏈以實現全生命周期追蹤。德國BASF公司將硫化鉛量子點（粒徑5nm）以0.01%比例摻入鈦合金粉末，通過特定波長激光激發，可在零件服役數十年后仍識別出批次、生產日期及工藝參數。例如，空客A380的3D打印艙門鉸鏈通過該技術實現15秒內溯源至原始粉末霧化爐編號。量子點的熱穩定性需耐受1600℃打印溫度，為此開發了碳化硅包覆量子點（SiC@QDs），在氬氣環境下保持熒光效率>90%。然而，量子點添加可能影響粉末流動性，需通過表面等離子處理降低團聚效應，確保霍爾流速波動<5%。

鈦合金（如Ti-6Al-4V ELI）因其在高壓、高鹽環境下的優越耐腐蝕性，成為深海探測設備與潛艇部件的優先材料。通過3D打印可一體化制造傳統焊接難以實現的復雜耐壓艙結構，例如美國海軍研究局（ONR）開發的鈦合金水聲傳感器支架，抗壓強度達1200MPa，且全生命周期無需防腐涂層。然而，深海裝備對材料疲勞性能要求極高，需通過熱等靜壓（HIP）后處理消除內部孔隙，并將疲勞壽命提升至10^7次循環以上。此外，鈦合金粉末的回收再利用技術成為研究重點：采用等離子旋轉電極（PREP）工藝生產的粉末，經3次循環使用后仍可保持氧含量<0.15%，成本降低40%。 金屬粉末的循環利用技術可降低3D打印成本30%以上。

碳纖維增強鋁基（AlSi10Mg+20% CF）復合材料通過3D打印實現各向異性設計。美國密歇根大學開發的定向碳纖維鋪放技術，使復合材料沿纖維方向的導熱系數達220W/m·K，垂直方向為45W/m·K，適用于定向散熱衛星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒（Al?O?）增強鈦基復合材料，硬度提升至650HV，用于航空發動機耐磨襯套。挑戰在于增強相與基體的界面結合——采用等離子球化預包覆工藝，在鈦粉表面沉積200nm Al?O?層，可使界面剪切強度從50MPa提升至180MPa。未來，多功能復合材料（如壓電、熱電特性集成）或推動智能結構件發展。

鈦合金粉末的氧含量需低于0.2%以確保延展性。鈦合金工藝品鈦合金粉末合作

定制化運動裝備正成為金屬3D打印的消費級市場。意大利Campagnolo公司推出鈦合金打印自行車曲柄，根據騎手功率輸出與踏頻數據優化晶格結構，重量減輕35%（280g），剛度提升20%。高爾夫領域，Callaway的3D打印鈦桿頭（6Al-4V ELI）通過內部空腔與配重塊拓撲優化，將甜蜜點面積擴大30%，職業選手擊球距離平均增加12碼。但個性化定制導致單件成本超2000，需采用AI生成設計（耗時從8小時壓縮至20分鐘）與分布式打印網絡降低成本，目標2025年實現2000，需采用AI生成設計（耗時從8小時壓縮至20分鐘）與分布式打印網絡降低成本，目標2025年實現500以下的消費級產品。鈦合金工藝品鈦合金粉末合作