瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員近日開發出一種全新的3D打印方法，能夠在水凝膠中“生長”出超高強度的金屬和陶瓷結構，為下一代能源、傳感與生物醫療技術打開新思路。相關成果發表在《Advanced Materials》期刊上。

傳統的光固化3D打印主要用于聚合物材料，其后續轉化為金屬或陶瓷時往往面臨結構疏松、強度不足和收縮變形等問題。EPFL材料與制造化學實驗室負責人Daryl Yee博士指出：“現有方法得到的材料通常孔隙率高、易翹曲，難以兼顧強度與精度。”

為解決這一難題，研究團隊提出了一個反向思路——先打印“空白”的水凝膠骨架，再讓金屬或陶瓷在其中逐層生長。具體做法是：先用普通水凝膠打印出所需三維結構，再將其浸漬于含金屬鹽的溶液中，通過化學反應生成分布于凝膠內部的金屬納米顆粒。重復這一過程5-10次后，經高溫燒除凝膠，便可得到致密度極高的金屬或陶瓷制件。

這種方法的關鍵在于，“填充”材料的選擇發生在打印之后——同一個水凝膠模板可轉化為不同金屬或陶瓷結構，大大拓寬了3D打印的材料范圍。

在實驗中，研究團隊利用這一技術打印出由鐵、銀和銅組成的復雜數學晶格結構（Gyroid），并用萬能試驗機驗證了其高強度與高精度的兼容性。測試結果顯示，新工藝制備的材料可承受的壓力是傳統方法的20倍，同時收縮率僅約20%（傳統工藝常達60-90%）。

團隊表示，這一方法尤其適合制造兼具輕量化、復雜性與高強度的三維結構，如傳感器、生物醫療器械、能量轉換與儲能組件等。未來，他們計劃進一步提升材料致密度，并通過自動化機器人加快循環浸漬步驟，以推動工藝產業化。

正如Yee所言：“我們的研究不僅提供了一種低成本、高品質的金屬和陶瓷制造途徑，更代表了增材制造的新范式——從先打印形狀到后決定材料。”

粉體圈 Coco編譯