瑞士科學家的新型 3D 列印技術帶來超強材料

研究人員最近開發出一種新的 3D 打印方法，該方法能夠為下一代能源、生物醫學和感測技術提供精巧的結構。這項技術由瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員研發，能夠在水基凝膠中生長金屬和陶瓷，從而實現極其密集的結構。與以往使用光線使含金屬前驅物的樹脂固化不同，這種新方法首先使用一種稱為水凝膠的簡單水基凝膠創建 3D 支架。這一過程不僅降低了 3D 打印的成本，還提高了材料的質量。

在這一過程中，研究人員將“空白”水凝膠注入金屬鹽，然後通過化學轉換將其轉變為滲透整個結構的含金屬納米顆粒。這一過程可以重複進行，以產生非常高的金屬濃度複合材料。實驗室的負責人 Daryl Yee 表示：「我們的工作不僅使高品質金屬和陶瓷的製造成為可能，還突顯了一種新的增材製造範式，材料選擇是在 3D 打印之後進行的，而不是之前。」這一方法的出現，為未來的製造工藝提供了新的視角和可能性。

根據研究，這些新材料能夠承受的壓力是以往方法製造的材料的 20 倍，且收縮率僅為 20%，而以往方法的收縮率可達 60% 至 90%。研究團隊強調，他們成功地使用鐵、銀和銅製作出名為 gyroid 的複雜數學格子形狀，展示了這一技術在製造強韌且複雜結構方面的能力。為了測試其材料的強度，團隊使用了一種稱為通用測試機的設備，對 gyroid 施加逐漸增加的壓力，以驗證其性能。

這一方法的多樣性使其在製造需要同時具備強度、輕量和複雜性的先進 3D 結構方面具有潛在的應用，例如傳感器、生物醫療設備或能源轉換與儲存設備。金屬催化劑能夠促進化學能轉化為電能，而其他應用則可能包括具有先進冷卻性能的高表面積金屬，為能源技術提供支持。這項研究發表在《先進材料》期刊上，揭示了一種製造密集架構陶瓷和金屬的多功能方法，並且轉換後的線性收縮率較低。這一方法的核心在於製作後的重複注入共沉澱過程，能夠逐步提高 3D “空白” 水凝膠中的金屬負荷。

這一基於注入沉澱的過程使得高品質陶瓷和金屬的製造變得切實可行，這對於製造先進架構材料和設備至關重要。研究者們指出：「為了展示這一方法的多樣性，我們成功製作了多種 3D 陶瓷和金屬結構，收縮率低至 20%，同時保持密度超過 80%。這一研究的成果將為 3D 打印技術的未來發展提供新的動力和可能性。」