Слово путем фиксируется в словарях и грамматиках как производный отымённый предлог, а слово методом — нет. Это связано с тем, что форма существительного путем в конструкциях с последующим род. падежом в большинстве контекстов:

1)  утратила лексическое значение, свойственное существительному путь и используется для выражения значения абстрактного отношения между главным словом и зависимой формой родительного падежа: подтвердить (главное слово) путем референдума (зависимое слово); сформировать (главное слово) путем выборки (зависимое слово) и т. п.

2) при выражении абстрактного значения отношения теряет морфологические признаки существительного (не может изменяться по числам и падежам);

3) не является самостоятельным членом предложения, входит в предложно-падежную конструкцию вместе с последующей формой род. падежа.

Например:

Модель может быть расширена путем добавления новых элементов.

Модель может быть расширена путем добавления новых элементов и замены деталей корпуса.

Словоформа методом сохраняет значение существительного метод и способность к словоизменению, является самостоятельным членом предложения, а по отношению к последующему род. падежу выступает в качестве главного слова в словосочетании.

Состав наносплава определяли методом просвечивающей микроскопии.

Состав наносплава определяли методами просвечивающей и сканирующей микроскопии.

Для сравнения приведем контекст, в котором словоформа путем остается существительным (не является предлогом), так как сохраняет значение существительного путь и выполняет функцию члена предложения:

У нас появилась уникальная возможность попасть на озеро Байкал путем первооткрывателей.

Как языковая игра такое употребление возможно. 

Именование психатрической лечебницы словосочетанием дурацкий дом изредка встречается в литературе: Тот, который бы предложил им о купечестве, конечно б посажен уже был в дурацкий дом [Д. И. Фонвизин. Торгующее дворянство (1766)]. 

На академическом орфографическом ресурсе «Академос» зафиксировано раздельное написание этих сочетаний: вертикально интегрированный, постоянно действующий. Сочетание слабо изученный тоже следует писать раздельно.

Рекомендуется использовать словообразовательную модель с соединительной гласной: бизнесоподобное управление.

Вы правы, слово демомодель надо писать слитно (как сложносокращенное от демонстрационная модель).

И так и так. Этимология - иноязычная, но словообразовательная модель - русская.