瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员近日开发出一种全新的3D打印方法，能够在水凝胶中“生长”出超高强度的金属和陶瓷结构，为下一代能源、传感与生物医疗技术打开新思路。相关成果发表在《Advanced Materials》期刊上。

传统的光固化3D打印主要用于聚合物材料，其后续转化为金属或陶瓷时往往面临结构疏松、强度不足和收缩变形等问题。EPFL材料与制造化学实验室负责人Daryl Yee博士指出：“现有方法得到的材料通常孔隙率高、易翘曲，难以兼顾强度与精度。”

为解决这一难题，研究团队提出了一个反向思路——先打印“空白”的水凝胶骨架，再让金属或陶瓷在其中逐层生长。具体做法是：先用普通水凝胶打印出所需三维结构，再将其浸渍于含金属盐的溶液中，通过化学反应生成分布于凝胶内部的金属纳米颗粒。重复这一过程5-10次后，经高温烧除凝胶，便可得到致密度极高的金属或陶瓷制件。

这种方法的关键在于，“填充”材料的选择发生在打印之后——同一个水凝胶模板可转化为不同金属或陶瓷结构，大大拓宽了3D打印的材料范围。

在实验中，研究团队利用这一技术打印出由铁、银和铜组成的复杂数学晶格结构（Gyroid），并用万能试验机验证了其高强度与高精度的兼容性。测试结果显示，新工艺制备的材料可承受的压力是传统方法的20倍，同时收缩率仅约20%（传统工艺常达60-90%）。

团队表示，这一方法尤其适合制造兼具轻量化、复杂性与高强度的三维结构，如传感器、生物医疗器械、能量转换与储能组件等。未来，他们计划进一步提升材料致密度，并通过自动化机器人加快循环浸渍步骤，以推动工艺产业化。

正如Yee所言：“我们的研究不仅提供了一种低成本、高品质的金属和陶瓷制造途径，更代表了增材制造的新范式——从先打印形状到后决定材料。”

粉体圈 Coco编译