Kaiyun平台 官方入口Kaiyun平台 官方入口2025年10月9日，南极熊获悉，洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员率先开发出一种新的3D打印方法，可以在水基凝胶内“生长”金属和陶瓷，从而为下一代能源、生物医学和传感技术打造出极其致密而又复杂的结构。
光聚合技术通常仅用于光敏聚合物，这限制了它的实际应用范围。虽然一些3D打印技术已经开发出将这些打印聚合物转化为更坚韧的金属和陶瓷，但EPFL工程学院材料化学与制造实验室负责人Daryl Yee解释说：“用这些技术生产的材料存在严重的结构缺陷。这些材料往往具有多孔性，这大大降低了它们的强度，而且零件会过度收缩，从而导致翘曲。”
△相关研究已发表在《先进材料》期刊上，题目为“基于水凝胶的低收缩陶瓷和金属槽光聚合（通过重复灌注沉淀）”（传送门）
与之前的方法不同，EPFL团队首先用简单的水凝胶构建了一个3D支架，而不是使用光来硬化预先注入金属前体的树脂。然后，他们将金属盐注入这种“空白”水凝胶中，再通过化学方法将它转化为能够渗透到结构中的含金属纳米颗粒。重复此过程，即可生成金属浓度极高的复合材料。
经过5-10个“生长循环”，最后的加热步骤会烧掉剩余的水凝胶，留下成品：一个形状与原始空白聚合物相同的金属或陶瓷物体，密度和强度空前高超。由于水凝胶在制造后才注入金属盐，该技术可以将单个水凝胶转化为多种不同的复合材料、陶瓷或金属。
Yee说道：“我们的工作不仅能够通过便捷、低成本的3D打印工艺制造出高质量的金属和陶瓷；它还凸显了增材制造的新范式，即材料选择发生在3D打印之后，而不是之前。”
△a)金属与陶瓷的水凝胶灌注沉淀工艺流程示意图。b)使用新工艺制造的金属与金属氧化物零件的实物照片
在这项研究中，研究团队用铁、银和铜制作了复杂的数学晶格形状，称为陀螺仪，展示了他们的技术能够制造出坚固而复杂的结构。为了测试材料的强度，他们使用万能试验机对陀螺仪施加了越来越大的压力。
Yee表示：“我们的工作凸显了增材制造的新范式，即材料选择发生在3D打印之后，而不是之前。”博士生兼第一作者Ji Yiming补充道：“与以前的方法生产的材料相比，我们的材料可以承受20倍的压力，而收缩率仅为20%，而以前的方法生产的材料收缩率为60-90%”。
研究团队表示，他们的技术对于制造先进的3D结构尤其有用，这些结构必须同时兼具强度、重量轻和复杂性，例如传感器、生物医学设备或能量转换和存储设备。例如，金属催化剂对于实现将化学能转化为电能的反应至关重要。其他应用还包括用于能源技术的具有先进冷却性能的高表面积金属。
展望未来，该团队正致力于改进这项新工艺，以促进这项技术在工业领域的推广，特别是进一步提高材料的密度。另一个目标是提高速度：重复的灌注步骤虽然对于生产更坚固的材料至关重要，但与其它将聚合物转化为金属的3D打印技术相比，新工艺更加耗时。因此，研究人员正在进一步通过使用机器人自动化这些步骤来缩短总处理时间。
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