高熵合金（HEAs）作為一種新興金屬材料，由5種以上主元元素構成（如FeCoCrNiMn），憑借獨特的固溶體效應和極端環境性能，成為3D打印領域的研究熱點。美國橡樹嶺國家實驗室通過激光粉末床熔融（LPBF）打印的CoCrFeMnNi高熵合金，在-196℃低溫下沖擊韌性達250J，遠超傳統不銹鋼（80J），適用于極地勘探裝備。此類合金的霧化制備難度極高，需采用等離子旋轉電極（PREP）技術以避免成分偏析，成本達每公斤2000美元以上。目前，HEAs在航空航天熱端部件（如渦輪葉片）和核聚變反應堆內壁涂層的應用已進入試驗階段。據Nature Materials研究預測，2030年高熵合金市場規模將突破7億美元，但需突破多元素粉末均勻性控制的技術瓶頸。
深空探測設備需耐受極端溫度（-180℃至+150℃）與輻射環境，3D打印的鉭鎢合金（Ta-10W）因其低熱膨脹系數（4.5×10/℃）與高熔點（3020℃），成為火星探測器熱防護組件的理想材料。NASA的“毅力號”采用電子束熔化（EBM）技術打印鉭鎢推進器噴嘴，比傳統鎳基合金減重25%，推力效率提升15%。挑戰在于深空環境中粉末的微重力控制，需開發磁懸浮送粉系統與真空室自適應密封技術。據Euroconsult預測，2030年深空探測金屬3D打印部件需求將達3.2億美元，年均增長18%。遼寧鋁合金模具鋁合金粉末廠家鋁合金在建筑幕墻應用中兼具結構強度與美學設計靈活性。
量子計算超導電路與低溫器件的制造依賴高純度金屬材料與復雜幾何結構。IBM采用鋁-鈮合金（Al/Nb）3D打印約瑟夫森結，在10mK溫度下實現量子比特相干時間延長至500微秒，較傳統光刻工藝提升3倍。其工藝通過超高真空電子束熔化（EBM）確保界面氧含量低于0.001%，臨界電流密度達10kA/cm。荷蘭QuTech團隊利用鈦合金打印稀釋制冷機內部支撐結構，熱導率降低至0.1W/m·K，減少熱量泄漏60%。技術難點包括超導材料的多層異質結打印與極低溫環境兼容性驗證。2023年量子計算金屬3D打印市場規模為1.5億美元，預計2030年突破12億美元，年均增長45%。
固態電池的金屬化電極與復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制造鋰金屬負極-固態電解質一體化結構，能量密度達450Wh/kg，循環壽命超1000次。其工藝結合鋁粉（集流體）與陶瓷電解質（Li7La3Zr2O12）的逐層沉積，界面阻抗降低至5Ω·cm。德國寶馬投資2億歐元建設固態電池打印產線，目標2025年量產車用電池，充電速度提升50%。但材料兼容性（如鋰金屬活性控制）與打印環境（“露”點<-50℃）仍是技術瓶頸。2023年該領域市場規模為1.2億美元，預計2030年突破18億美元，年復合增長率達48%。金屬粉末的松裝密度與振實密度比值反映其壓縮成型潛力。
微機電系統（MEMS）對亞微米級金屬結構的精密加工需求，推動3D打印技術向納米尺度突破。美國斯坦福大學利用雙光子光刻（TPP）結合電鍍工藝，制造出直徑200納米的鉑金微電極陣列，用于神經信號采集，阻抗低至1kΩ，信噪比提升50%。德國Karlsruhe研究所開發的微噴射打印技術，可在硅基底上沉積銅-鎳合金微齒輪，齒距精度±50nm，轉速達10萬RPM，用于微型無人機電機。挑戰在于打印過程中的熱膨脹控制與界面結合力優化，需采用飛秒激光（脈寬<100fs）減少熱影響區。據Yole Développement預測，2030年MEMS金屬3D打印市場將達8.2億美元，年復合增長率32%，主要應用于生物傳感與光學MEMS領域。鋁合金打印件內部各向異性問題需通過掃描路徑優化改善。河南金屬鋁合金粉末
鋁鋰合金減重15%的同時提升剛度，成為新一代航天材料。河南金屬鋁合金粉末
傳統氣霧化工藝的高能耗（50-100kWh/kg）與碳排放推動綠色制備技術發展。瑞典Hgans公司開發的氫霧化（Hydrogen Atomization）技術，利用氫氣替代氬氣，能耗降低40%，并捕獲反應生成的金屬氫化物用于儲能。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%），成本為傳統方法的30%。歐盟“綠色粉末計劃”目標2030年將金屬粉末生產碳足跡減少60%。中國鋼研科技集團開發的太陽能驅動霧化塔，每公斤粉末碳排放降至1.2kg COeq，較行業平均低75%。2023年全球綠色金屬粉末市場規模為3.8億美元，預計2030年突破20億美元，年復合增長率達28%。
