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，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-泡沫復合結構一一空客A320的3D打印艙門鉸鏈，通過仿生蜂窩設計實現比強度180MPa·cm/g，較傳統鍛件減重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），目前能實現厘米級零件打印。英國Renishaw公司開發的五激光同步掃描系統，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。

太空探索中，3D打印技術正從“地球制造”轉向“地外資源利用”。NASA的“月球熔爐”計劃提出利用月壤中的鈦鐵礦（FeTiO）與氫還原技術，原位提取鈦、鐵等金屬元素，并通過激光燒結制成結構件。實驗表明，月壤模擬物經1600℃熔融后可打印出抗壓強度超20MPa的墻體模塊，密度為地球鋁合金的60%。歐洲航天局（ESA）則開發了太陽能聚焦系統，直接在月球表面熔化月壤粉末，逐層建造輻射屏蔽層，減少宇航員暴露于宇宙射線的風險。但挑戰在于月壤的高硅含量（約45%）導致打印件脆性明顯，需添加2-3%的粘結劑（如聚乙烯醇）提升韌性。未來，結合機器人自主采礦與打印的閉環系統，或使月球基地建設成本降低70%。

金屬粉末是3D打印的“墨水”，其質量直接決定成品的機械性能和表面精度。目前主流制備工藝包括氣霧化（GA）、等離子旋轉電極（PREP）和等離子霧化（PA）。以氣霧化為例，熔融金屬液流在高壓惰性氣體沖擊下破碎成微小液滴，冷卻后形成球形粉末，粒徑范圍通常為15-53μm。研究表明，粉末的氧含量需控制在0.1%以下，否則會引發打印過程中微裂紋和孔隙缺陷。例如，316L不銹鋼粉末若氧含量超標，其拉伸強度可能下降20%。此外，粉末的流動性（通過霍爾流速計測量）和松裝密度也需嚴格匹配打印設備的鋪粉參數。近年來，納米級金屬粉末的研發成為熱點，其高比表面積可加速燒結過程，但需解決易團聚和存儲安全性問題。

傳統氣霧化制粉依賴天然氣燃燒，每千克鈦粉產生8kg CO排放。德國林德集團開發的綠氫等離子霧化（H2-PA）技術，利用可再生能源制氫作為霧化氣體與熱源，使316L不銹鋼粉末的碳足跡降至0.5kg CO/kg。氫的還原性還可將氧含量從0.08%降至0.03%，提升打印件延展性15%。挪威Hydro公司計劃2025年建成全綠氫鈦粉生產線，目標年產500噸，成本控制在$80/kg。但氫氣的儲存與安全傳輸仍是難點，需采用鈀銀合金膜實現99.999%純度氫循環，并開發爆燃壓力實時監控系統。

金屬玻璃因非晶態結構展現超”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（ZrCuAlNi）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/mm以確保熔池瞬間冷卻。然而，非晶合金的打印尺寸受限一一目前比較大連續結構為10cm×10cm×5cm，且殘余應力易引發自發斷裂。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。

在深海裝備領域，鈦合金3D打印部件憑借耐腐蝕性和高比強度，替代傳統鍛造工藝降低成本。吉林鈦合金工藝品鈦合金粉末咨詢

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。吉林鈦合金工藝品鈦合金粉末咨詢