科学家用“种”金属代替3D打印，强度提高20倍

在3D打印领域，科学家一直尝试将打印出的聚合物转化为更强的金属或陶瓷材料。但以往的方法存在明显缺陷：材料容易产生孔隙，导致强度下降；同时在硬化过程中会严重收缩，造成形状扭曲。为解决这些问题，瑞士洛桑联邦理工学院工程学院材料与制造化学实验室负责人达里尔·叶（Daryl Yee）带领团队提出了一种全新的方法，并发表在《先进材料》期刊上。他们不直接打印含金属的树脂，而是先用一种简单的水基凝胶——即水凝胶——打印出基础框架。然后将这个“空白”结构浸泡在金属盐溶液中，使金属离子在凝胶内部发生化学反应，形成大量微小的含金属纳米颗粒，并均匀分布在整个结构中。通过重复这一“生长”过程5到10次，可以在水凝胶中积累极高含量的金属成分。最后，通过加热去除剩余的水凝胶，留下一个致密、坚固且形状精确的金属或陶瓷物体。由于金属是在打印完成后才加入的，因此同一个水凝胶模板可用于制造不同种类的金属、陶瓷或复合材料，大大提升了灵活性。这种方法不仅成本低、设备要求不高，还实现了高质量材料的制造。更重要的是，它改变了传统增材制造的思路——材料的选择不再局限于打印前，而可以放在打印之后进行。研究团队用铁、银和铜制作了名为‘陀螺体’的复杂数学结构，测试显示，新材料能承受的压力是传统方法的20倍，收缩率仅为20%，远低于以往的60%至90%。这种技术特别适合制造需要兼具强度、轻量化和复杂结构的高端三维器件，如传感器、生物医疗设备、能量转换与存储装置等。例如，在将化学能转化为电能的过程中，金属催化剂至关重要，而该技术可高效制备此类高比表面积材料。此外，还可用于开发具有优异散热性能的金属材料，服务于能源技术。未来，团队正致力于优化工艺以推动工业化应用，目标包括进一步提高材料密度，并缩短耗时较长的多次浸渍过程。目前他们正在引入机器人自动化操作，以加快整体处理速度，提升生产效率。