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。激光選區熔化（SLM）是當前主流的金屬3D打印技術之一。冶金鈦合金粉末

金屬3D打印正在突破傳統建筑設計的極限，尤其是大型鋼結構與裝飾構件的定制化生產。荷蘭MX3D公司利用WAAM（電弧增材制造）技術，以不銹鋼和鋁合金粉末為原料，成功打印出跨度12米的鋼橋，其內部晶格結構使重量減輕40%，同時承載能力達5噸。該技術通過機器人臂配合電弧焊接逐層堆疊，打印速度可達10kg/h，但表面粗糙度較高（Ra>50μm），需結合數控銑削進行后處理。未來，建筑行業關注的重點在于開發低成本鐵基粉末（如Fe-316L）與抗風抗震性能優化，例如迪拜3D打印辦公樓項目中，鈦合金加強節點使整體結構抗扭強度提升30%。浙江金屬粉末鈦合金粉末咨詢鋁合金與鈦合金的復合打印技術正在實驗階段。

鎳基高溫合金（如Inconel 718、Hastelloy X）是航空發動機渦輪葉片的主要材料。3D打印可制造內部冷卻流道等傳統工藝無法實現的復雜結構，使葉片耐溫能力突破1000℃。然而，高溫合金粉末的打印面臨兩大難題：一是打印過程中易產生元素偏析（如Al、Ti的蒸發），需通過調整激光功率和掃描速度優化熔池穩定性；二是后處理需結合固溶強化和時效處理，以恢復γ'強化相分布。美國NASA通過EBM（電子束熔化）技術打印的Inconel 718渦輪盤，抗蠕變性能提升15%，但粉末成本高達$300-500/kg。未來，低成本回收粉末的再利用技術或成行業突破口。

提升打印速度是行業共性挑戰。美國Seurat Technologies的“區域打印”技術，通過100萬個微激光點并行工作，將不銹鋼打印速度提升至1000cm3/h（傳統SLM的20倍），成本降至$1.5/cm3。中國鉑力特開發的多激光協同掃描（8激光器+AI路徑規劃），使鈦合金大型結構件（如火箭燃料箱）的打印效率提高6倍，但熱應力累積導致變形量需控制在0.1mm/m。歐洲BEAMIT集團則聚焦超高速WAAM，電弧沉積速率達15kg/h，用于船舶推進器制造，但表面粗糙度Ra>100μm，需集成CNC銑削單元。金屬粉末的球形度提升技術是當前材料研發的重點。

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。

金屬3D打印的孔隙率控制是提升零件致密性的關鍵挑戰。冶金鈦合金粉末

鈮鈦（Nb-Ti）與釔鋇銅氧（YBCO）超導體的3D打印正加速可控核聚變裝置建設。美國麻省理工學院（MIT）采用低溫電子束熔化（Cryo-EBM）技術，在-250℃環境下打印Nb-47Ti超導線圈骨架，臨界電流密度（Jc）達5×10^5 A/cm2（4.2K），較傳統線材提升20%。技術主要包括：① 液氦冷卻的真空腔體（維持10^-5 mbar）；② 超導粉末預冷至-269℃以抑制晶界氧化；③ 電子束聚焦直徑<50μm確保微觀織構取向。但低溫打印速度為常溫EBM的1/10，且設備造價超$2000萬，商業化仍需突破。冶金鈦合金粉末