碳納米管（CNT）與石墨烯增強的金屬粉末正重新定義材料極限。美國NASA開發的AlSi10Mg+2% CNT復合材料，通過高能球磨實現均勻分散，SLM打印后導熱系數達260W/m·K（提升80%），用于衛星散熱面板減重40%。關鍵技術突破在于：① 納米顆粒預鍍鎳層（厚度10nm）改善與熔池的潤濕性；② 激光參數優化（功率400W、掃描速度1200mm/s）防止CNT熱解。另一案例是0.5%石墨烯增強鈦合金（Ti-6Al-4V），疲勞壽命從10^6次循環提升至10^7次，已用于F-35戰斗機鉸鏈部件。但納米粉末的吸入毒性需嚴格管控，操作艙需維持ISO 5級潔凈度并配備HEPA過濾系統。
國際熱核聚變實驗堆（ITER）的鎢質第“一”壁需承受14MeV中子輻照與10MW/m熱流。傳統鎢塊無法加工冷卻流道，而3D打印的鎢-銅梯度材料（W-10Cu至W-30Cu過渡層）通過EBM技術實現，熱疲勞壽命達5000次循環（較均質鎢提升5倍）。關鍵技術包括：① 中子輻照模擬驗證（在JET托卡馬克中測試）；② 界面擴散阻擋層（0.1μm TaC涂層）抑制銅滲透；③ 氦冷卻通道拓撲優化（壓降降低30%）。但鎢粉的高成本（$500/kg）與打印缺陷（孔隙率需<0.1%）仍是量產瓶頸，需開發粉末等離子球化再生技術。
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。
金屬-陶瓷或金屬-聚合物多材料3D打印正拓展功能器件邊界。例如，NASA采用梯度材料打印的火箭噴嘴，內層使用耐高溫鎳基合金（Inconel 625），外層結合銅合金（GRCop-42）提升導熱性，界面結合強度達200MPa。該技術需精確控制不同材料的熔融溫度差（如銅1083℃ vs 鎳1453℃），通過雙激光系統分區熔化。此外，德國Fraunhofer研究所開發的冷噴涂復合打印技術，可在鈦合金基體上沉積碳化鎢涂層，硬度提升至1500HV，用于鉆探工具耐磨部件。但多材料打印的殘余應力管理仍是難點，需通過有限元模擬優化層間熱分布鈦合金3D打印技術正推動個性化假牙制造的發展。
鎢（熔點3422℃）和鉬（熔點2623℃）的3D打印在核聚變反應堆與火箭噴嘴領域至關重要。傳統工藝無法加工復雜內冷通道，而電子束熔化（EBM）技術可在真空環境下以3000℃以上高溫熔化鎢粉，實現99.2%致密度的偏濾器部件。美國ORNL實驗室打印的鎢銅梯度材料，界面熱導率達180W/m·K，可承受1500℃熱沖擊循環。但難點在于打印過程中的熱裂紋控制一一通過添加0.5% LaO顆粒細化晶粒，可將抗熱震性提升3倍。目前，高純度鎢粉（>99.95%）成本高達$800/kg，限制其大規模應用。
銅合金粉末因高導熱性被用于熱交換器3D打印。中國澳門3D打印材料鈦合金粉末價格
金屬粉末的循環利用是降低3D打印成本的關鍵。西門子能源開發的粉末回收站，通過篩分（振動篩目數200-400目）、等離子球化（修復衛星球）與脫氧處理（氫還原），使316L不銹鋼粉末復用率達80%，成本節約35%。但多次回收會導致粒徑分布偏移一一例如，Ti-6Al-4V粉末經5次循環后，15-53μm比例從85%降至70%，需補充30%新粉。歐盟“AMPLIFII”項目驗證，閉環系統可減少40%的粉末廢棄，但氬氣消耗量增加20%，需結合膜分離技術實現惰性氣體回收。中國澳門3D打印材料鈦合金粉末價格
