瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员开发出一种新型3D打印技术，可在水基凝胶内"培育"金属与陶瓷结构。这种方法能制造出致密且结构复杂的部件，适用于能源、生物医学及传感领域。
与传统金属粉末工艺不同，该技术以简易水凝胶为起点，突破了光固化3D打印的技术局限，拓展了制造高强度复杂部件的潜力。
光固化技术的能力拓展
光固化3D打印是将光敏树脂置于料槽中，通过激光或紫外线选择性固化的工艺。尽管精度出众，该技术长期受限于仅能使用光反应聚合物，导致其在结构件与功能件制造领域发展受阻。
虽然现有技术可将聚合物转化为金属或陶瓷，但洛桑联邦理工学院材料与制造化学实验室主任Daryl Yee指出这些方法存在明显缺陷："此类材料往往多孔结构导致强度下降，且部件收缩率过高引发变形。"
水凝胶技术开辟新路径
为解决这些难题，Yee团队开创了全新方法：不再直接固化含金属前驱体的树脂，而是先3D打印简易水基凝胶（即水凝胶）。随后将这种空白结构浸入金属盐溶液，通过化学反应在支架内部分散形成纳米颗粒。经过多次重复处理，最终获得金属含量极高的复合材料。
经过5-10次生长循环后，通过最终加热步骤去除水凝胶，保留下的致密金属或陶瓷结构完美复现原始打印形态。由于金属注入发生在打印之后，单一水凝胶模型可转化为多种最终材料。
Yee总结道："我们的工作不仅通过便捷低成本的3D打印工艺实现了高质量金属陶瓷制造，更开创了增材制造新范式——材料选择从打印前延后至打印后。"
强度与复杂度的协同验证
研究团队通过制造铁、银、铜材质的螺旋二十四面体复杂晶格结构，验证了该技术兼具强度与几何复杂性的制造能力。使用万能试验机进行的力学测试显示，对比传统方法制造的部件，"新材料承压能力提升20倍，收缩率仅20%（传统方法为60%-90%）"，论文第一作者、博士生Yiming Ji强调。
未来产业化推进
针对未来发展，团队重点聚焦工艺效率提升以适应工业应用需求。关键目标包括提高材料密度与缩短生产周期——虽然多次注入步骤对强度至关重要，但导致该方法慢于其他聚合物转金属3D打印技术。"我们已通过机器人自动化这些步骤来缩短总加工时间，"Yee透露。
水凝胶在增材制造中的多元应用
水凝胶因其作为可打印支架的多功能性，正成为增材制造研究的重要介质。今年初，洛桑联邦理工学院与乌普萨拉大学联合开发的新型体积增材制造技术，通过打印后水凝胶注入工艺，将透明VAM打印部件转化为高填充量的功能复合材料，突破了该领域长期存在的技术局限。
在另一项研究中，加州理工学院通过水凝胶注入增材制造技术推进金属3D打印，展示了聚合物模板向功能性金属结构的转化。从基于X线体层摄影的组织工程到增强宇航员辐射防护，水凝胶在生物打印与太空应用领域同样展现出广阔前景。
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