讓超強材料“長”出來，新技術實現先打印再選材

科技日報記者 張佳欣

據最新一期《先進材料》雜誌報道，瑞士洛桑聯邦理工學院研究團隊開發出一種全新3D打印技術，利用普通水凝膠“生長”出結構複雜、強度高、密度大的金屬與陶瓷部件，突破了傳統光固化立體打印僅能通過感光聚合物的限制。同時，研究還提出了一種新的增材製造理念，即在3D打印之後而非之前選擇材料。

現有將聚合物轉化為金屬或陶瓷的技術，往往會導致材料多孔、強度不足，而且部件會出現嚴重收縮，導致變形。為克服這一瓶頸，研究團隊提出了獨特的解決方案，即先打印形狀，再決定材料。

他們首先使用水凝膠打印出一個三維支架。隨後，將這一“空白”結構浸入含金屬鹽的溶液中，使金屬離子滲透並在化學反應下轉化為分佈均勻的金屬納米顆粒。這個過程可重複多次，最終獲得金屬含量極高的複合材料。

經過5—10輪這樣的“生長循環”後，研究人員最後通過加熱燒除剩餘的水凝膠，留下的便是最終產物，這是一種保持原始形狀、但密度與強度前所未有的金屬或陶瓷結構。

在實驗中，團隊利用該技術成功打印出由鐵、銀和銅構成的複雜數學晶格結構——旋面體。這種結構兼具高比強度和複雜幾何特徵，是航空航天和能源器件中理想的設計形態。測試結果顯示，新材料可承受的壓力是傳統方法制備材料的20倍，收縮率僅為20%，遠低於以往的60%—90%。

團隊指出，這項技術特別適用於製造兼顧輕量化與高強度，且結構複雜的三維器件，如傳感器、生物醫學設備、能源轉換與儲存裝置等。此外，該技術還可用於製造具有高比表面積、散熱性能優異的金屬結構，用於能源技術領域。

總編輯圈點

傳統的3D打印流程，通常遵循先設計、再選材，最後再打印成型的順序。而最新的3D打印工藝卻反其道而行之，先打印再選材，可謂是“逆向思維”的典型案例。後者的優勢非常明顯，那就是打破了材料對製造工藝的預先限制，大大地提升了製造的靈活性和自由度，從而有助於更好地製造出功能複雜的定製化產品。這種3D打印工藝實現了從“製造零件”到“生長功能”的跨越，有望為航空航天、生物醫療、機器人等領域帶來新的變革。