通過原位合金化技術，3D打印可制造組分連續變化的梯度材料。例如，NASA的GRX-810合金在打印過程中梯度摻入0.5%-2%氧化釔顆粒，使高溫抗氧化性提升100倍，用于超音速燃燒室襯套。另一案例是銅-鉬梯度熱沉：銅端熱導率380W/mK，鉬端熔點2620℃，界面通過過渡層（添加0.1%釩）實現無缺陷結合。挑戰在于元素擴散控制：需在單道熔池內實現成分精確混合，激光掃描策略采用螺旋漸變路徑，能量密度從200J/mm3逐步調整至500J/mm3。德國Fraunhofer研究所已成功打印出熱膨脹系數梯度變化的衛星支架，溫差適應范圍擴展至-180℃~300℃。粉末冶金燒結過程中的液相形成機制對硬質合金的晶粒長大有決定性影響。北京高溫合金粉末合作

3D打印多孔鉭金屬植入體通過仿骨小梁結構（孔隙率70%-80%），彈性模量匹配人體骨骼（3-30GPa），促進骨整合。美國4WEB Medical的脊柱融合器采用梯度孔隙設計，術后6個月骨長入率達95%。另一突破是鎂合金（WE43）可降解血管支架：通過調整激光功率（50-80W）控制降解速率，6個月內完全吸收，避免二次手術。挑戰在于金屬離子釋放控制：FDA要求鎂支架的氫氣釋放速率＜0.01mL/cm2/day，需表面涂覆聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）膜層，工藝復雜度增加50%。

微波燒結技術利用2.45GHz微波直接加熱金屬粉末，升溫速率達500℃/min，能耗為傳統燒結的30%。英國伯明翰大學采用微波燒結3D打印的316L不銹鋼生坯，致密度從92%提升至99.5%，晶粒尺寸細化至2μm，屈服強度達600MPa。該技術尤其適合難熔金屬：鎢粉經微波燒結后抗拉強度1200MPa，較常規工藝提升50%。但微波場分布不均易導致局部過熱，需通過多模腔體設計和AI溫場調控算法（精度±5℃）優化。德國FCT Systems公司推出的商用微波燒結爐，支持比較大尺寸500mm零件，已用于衛星推進器噴嘴批量生產。

聲學超材料通過3D打印的鈦合金螺旋-腔體復合結構，在500-2000Hz頻段實現聲波衰減30dB。德國寶馬集團在M系列跑車排氣系統中集成打印消音器，背壓降低20%而噪音減少5分貝。潛艇領域，梯度阻抗金屬結構可扭曲主動聲吶信號，美國海軍測試的樣機檢測距離從10km降至2km。技術難點在于多物理場耦合仿真：單個零件的聲-結構-流體耦合計算需消耗10萬CPU小時，需借助超算優化。中國商飛開發的客艙降噪面板采用鋁硅合金多孔結構，減重40%且隔聲量提升15dB，已通過適航認證。金屬粘結劑噴射成型技術（BJT）通過逐層粘接和后續燒結實現近凈成形制造。

AI算法通過生成對抗網絡（GAN）優化支撐結構設計，使支撐體積減少70%。德國通快（TRUMPF）的AI工藝鏈系統，輸入材料屬性和零件用途后，自動生成激光功率（誤差±2%）、掃描策略和后處理方案。案例：某航空鈦合金支架的AI優化參數使抗拉強度從1100MPa提升至1250MPa。此外，數字孿生技術可預測打印變形，提前補償模型：長1米的鋁合金框架經仿真預變形修正后，尺寸偏差從2mm降至0.1mm。但AI模型依賴海量數據，中小企業數據壁壘仍是主要障礙。粉末冶金鐵基材料的表面滲氮處理明著提升了零件的耐磨性和疲勞強度。北京高溫合金粉末合作

馬氏體時效鋼（18Ni300）粉末通過定向能量沉積（DED）技術，可制造兼具高韌性和超高的強度的模具鑲件。北京高溫合金粉末合作

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。