金屬3D打印的主要材料——金屬粉末，其制備技術直接影響打印質量。主流工藝包括氬氣霧化法和等離子旋轉電極法（PREP）。氬氣霧化法通過高速氣流沖擊金屬液流，生成粒徑分布較寬的粉末，成本較低但易產生空心粉和衛星粉。而PREP法利用等離子電弧熔化金屬棒料，通過離心力甩出液滴形成球形粉末，其氧含量可控制在0.01%以下，球形度高達98%以上，適用于航空航天等高精度領域。例如，某企業采用PREP法生產的鈦合金粉末，其疲勞強度較傳統工藝提升20%，但設備成本是氣霧化法的3倍。鈦合金粉末因其優異的生物相容性，成為醫療領域3D打印骨科植入物的先選材料。杭州模具鋼粉末

AlSi10Mg鋁合金粉末在汽車和航天領域都掀起了輕量化革新。其密度為2.68g/cm3，通過電子束熔融（EBM）技術成型的散熱器、衛星支架等部件可減重30%-50%。研究發現，添加0.5%納米Zr顆粒可細化晶粒至5μm以下，明著提升抗拉強度至450MPa。全球帶領企業已推出低孔隙率（<0.2%）的改性鋁合金粉末，配合原位熱處理工藝使零件耐溫性突破200℃。但需注意鋁粉的高反應性需在惰性氣體環境中處理，粉末回收率控制在80%以上才能保證經濟性。

3D打印鋯合金（如Zircaloy-4）燃料組件包殼，可設計內部蜂窩結構，提升耐壓性和中子經濟性。美國西屋電氣通過EBM制造的核反應堆格架，抗蠕變性能提高50%，服役溫度上限從400℃升至600℃。此外，鎢銅復合部件用于聚變堆前列壁裝甲，銅基體快速導熱，鎢層耐受等離子體侵蝕。但核用材料需通過嚴苛輻照測試：打印件的氦脆敏感性比鍛件高20%，需通過熱等靜壓（HIP）和納米氧化物彌散強化（ODS）工藝優化。中廣核已建立全球較早3D打印核級部件認證體系。

NASA的“OSAM-2”任務計劃在軌打印10米長Ka波段天線，采用鋁硅合金粉末（粒徑20-45μm）和電子束技術。微重力環境下，粉末需通過靜電吸附鋪裝（電場強度5kV/m），層厚控制精度±3μm。俄羅斯Energia公司測試了真空環境下的鈦合金SLM打印，零件孔隙率0.2%，但設備功耗高達8kW，遠超衛星供電能力。未來月球基地建設中，3D打印可利用月壤提取的金屬粉末（如鈦鐵礦還原成鈦粉）制造結構件，但月塵的高磨蝕性需開發專業用送粉系統，當前試驗中部件壽命不足100小時。水霧化法制備的不銹鋼粉末成本較低，但流動性遜于氣霧化工藝生產的球形粉末。

鎳基合金粉末在燃氣輪機葉片制造中具有不可替代性。其3D打印需克服高殘余應力（>800MPa）和開裂傾向，目前采用預熱基板（400-600℃）和層間緩冷技術可有效控制缺陷。粉末化學需嚴格匹配ASTM F3056標準，其中Nb含量（5.0%-5.5%）直接影響γ"強化相析出。德國某研究所通過雙峰粒徑分布（10-30μm與50-80μm混合）提升堆積密度至65%，使零件在1000℃下的蠕變壽命延長3倍。該材料單公斤成本超過$500，主要受制于真空感應熔煉氣霧化（VIGA）的高能耗工藝。

金屬粉末的流動性指數（Hall Flowmeter）是評估3D打印鋪粉質量的關鍵指標。杭州模具鋼粉末

金屬3D打印的粉末循環利用率超95%，但需解決性能退化問題。例如，316L不銹鋼粉經10次回收后，碳含量從0.02%升至0.08%，需通過氫還原爐（1200℃/H?）恢復成分。歐盟“AMEA”項目開發了粉末壽命預測模型：根據霍爾流速、氧含量和衛星粉比例計算剩余壽命，動態調整新舊粉混合比例（通常3:7）。瑞典H?gan?s公司建成全球較早零廢棄粉末工廠：廢水中的金屬微粒通過電滲析回收，廢氣中的納米粉塵被陶瓷過濾器捕獲（效率99.99%），每年減排CO? 5000噸。