在当今物质丰富且科技日新月异的时代，材料科学与工艺扮演着至关重要的角色。它不仅涉及到原材料的选择和处理，还包括了将这些原材料加工成有特定性能和用途的产品的一系列过程。在这个过程中，成型技术尤其是关键环节，它直接影响到了最终产品的质量、成本和可持续性。
首先，传统金属成型技术，如铸造、锻造、冲压等，对于生产大批量高强度、高精度零件来说已经非常成熟，但在复杂形状或特殊要求下的应用仍然存在局限性。例如，在航空航天领域，对于某些特殊部件如发动机组件，其结构复杂且尺寸要求严格，因此传统方法难以满足需求。此时，就需要借助先进制造技术来实现这一点。
第二个挑战是陶瓷及其类似材料（如碳纤维增强塑料）的成型问题。由于它们通常具有极高硬度和韧性，这些材料对于形成想要的形状很难进行塑化。目前已有的热处理法虽然能够得到一定效果，但对环境温度敏感，限制了其应用范围。而近年来的研究表明，将纳米级别颗粒添加到陶瓷体系中，可以显著提高其塑性的能力，从而推动了新的陶瓷制品开发。
第三点讨论的是生物医学领域中的组织工程学。在这方面，通过合适的手段操控细胞行为，使之聚集并形成有用的组织结构，是解决临床上许多疾病问题的一个潜力途径。这需要一种可以引导细胞生长和分化，以及促进组织修复的人工智能控制系统，这也是现代生物医学领域一个急需解决的问题之一。
第四个挑战来源于能源转换领域，其中涡轮叶片就是一个典型例子。不仅叶片必须具备足够高效率转换风能为机械能，同时还要保证耐久性，以承受长期高速运转带来的磨损。此外，由于全球气候变化加剧，减少碳排放成为必需，因此研发更轻薄更节能设计也变得越来越重要。
第五个主题是建筑行业中的可持续建材开发。在绿色建筑概念下，我们不仅追求建筑本身更加环保，而且希望使用的建材同样具有低碳属性。比如采用再生资源制备出具有良好隔热性能但又轻质透气性的墙体板材，或是在混凝土配方中加入石英砂替代部分石膏粉以降低二氧化硅含量，这些都是基于对传统建材性能分析与优化所发展出的新理念。
最后，不容忽视的是3D打印技术在未来制造业中的潜力扩展。这项革命性的制造方式允许构建任何复杂几何形状，并且可以利用多种不同的原始物料，从单一化学元素直到复合多种不同物理状态混合物都可能被用于打印制作实体对象。此举不仅简化了生产流程，也使得小批量甚至单一独特模型或零件变得经济有效，使得数字模式直接转变为真实世界上的实体商品成为现实，从而改变了整个工业界面向设计灵活性以及快速响应市场需求所呈现出来的情况。
