從農耕時代、工業時代到知識互聯網時代，材料與創新設計關係在不斷演變。正如路甬祥院士所指出，創新設計由1.0版到2.0版，又到了3.0版。如今，個性化和定製化的需求被大大激發，設計已經深入到產品結構的各個層次，包括材料本身。而通過設計材料，創造功能材料、綠色可再生環境友好材料和生物仿生材料等都極具市場潛力。設計和材料隨著人類需求的不斷創新，兩者協同促進，推動時代的進步和工業技術的變革。
3D打印時代的到來，讓材料創新設計與產品創意設計緊密結合，傳統加工製造工藝將可能被取代，實現了產品快速一次成型。對產品材質的特殊要求遠遠超越了工業製造時代，從某種角度來說，作為新興產業形態，未來3D打印產業的技術核心和市場競爭，將重點體現在新材料的研發和使用。
3D打印在學術界又被稱為增材製造。從材質上可以將3D打印產業分為塑料打印、金屬打印、碳材打印、陶瓷打印和生物打印等。美國無疑在3D打印領域處於世界領先地位，其在塑料打印和金屬打印基礎上，目前已經試驗成功，實現了生物打印，比如打印皮膚、打印軟組織、打印骨骼、打印器官和神經元。雖然生物打印目前尚處於實驗室階段，但器官打印和神經元打印已經在技術上實現了實質性的突破。在航空航天方麵，3D打印更是突破了傳統加工製造工藝的瓶頸，為航空航天器提供更為安全、性能更為優良的器件。最近，又用碳纖維打印了轎車。3D打印在打印實現過程中重力影響至關重要，在地球上的生產過程中必須考慮重力的因素，這一點影響了打印產品立體設計。鑒於此，美國於2014年9月將人類第一台3D打印機帶入太空，進行完全失重條件下的3D打印過程試驗，這一試驗也是一次曆史性的突破。