筆者發(fā)現(xiàn)，2025年發(fā)表在Science和Nature正刊上的，與3D打印技術(shù)相關(guān)的研究多達(dá)十余篇。就總數(shù)量而言，跟2024年一致，同樣一致的還有這些研究的主要參與者，都有8篇出自中國(guó)學(xué)者之手。

它們分別涉及3D打印新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)、機(jī)理探討，同時(shí)也有多項(xiàng)研究屬于借助3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了其他行業(yè)的重大創(chuàng)新突破，但后者并不能稱之為3D打印技術(shù)本身的重大進(jìn)展。接下來，筆者將按照這些研究所聚焦的不同類型，分別進(jìn)行介紹。

No1. 聚焦金屬3D打印機(jī)理研究，改善成形質(zhì)量

倫敦大學(xué)學(xué)院的中國(guó)學(xué)者XIANQIANG FAN等人在 Science 發(fā)表 了題為“Magnetic modulation of keyhole instability during laser welding and additive manufacturing”的文章。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8554

這項(xiàng)研究聚焦金屬3D打印的機(jī)理，探索激光粉末床熔融（LPBF）過程中使用磁場(chǎng)來減輕鑰匙孔孔隙度。通過高速同步輻射X射線成像技術(shù)，并結(jié)合橫向磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，揭示了匙孔不穩(wěn)定性的形成機(jī)制，與此同時(shí)驗(yàn)證了磁場(chǎng)能夠通過熱電磁流體動(dòng) 力學(xué)效 應(yīng)調(diào)控熔池內(nèi)的流動(dòng)行為，從而有效抑制氣孔的產(chǎn)生。

熔池隨磁場(chǎng)流動(dòng)和無磁場(chǎng)流動(dòng)

該研究不但給激光焊接與LPBF技術(shù)里的匙孔不穩(wěn)定問題，帶來新的解決辦法，還為將來制造技術(shù)的發(fā)展提供關(guān)鍵的理論支撐；借由磁場(chǎng)操控匙孔動(dòng)態(tài)的方式，有希望在不更改材料成分的基礎(chǔ)上，大幅提升制造零件的品質(zhì)與性能。

No2. 開發(fā)出可循環(huán)3D打印聚合物

來自浙江大學(xué)的謝濤教授和鄭寧教授團(tuán)隊(duì)在science發(fā)表了題為 的文章。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3880

這項(xiàng)研究聚集于3D打印聚合物的循環(huán)使用。傳統(tǒng)光固化3D打印依賴于丙烯酸酯類單體的自由基連鎖聚合，所獲得的聚合物網(wǎng)絡(luò)無法解聚，給企業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境帶來了巨大負(fù)擔(dān)。這項(xiàng)研究的重要突破在于，研究人員通過特殊的光聚合物網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了高性能聚合物的循環(huán)3D打印。

硫醇與芳香醛的可逆光點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)

這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠制造出具有高機(jī)械性能的3D打印產(chǎn)品，同時(shí)能夠解決傳統(tǒng)3D打印聚合物難回收、無法循環(huán)使用，進(jìn)而造成大量浪費(fèi)以及污染的問題。

No3. 開發(fā)出可循環(huán)3D打印熱固塑料

來自美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究人員，在nature發(fā)表了題為“（通過單一單體的正交聚合制備可降解熱固性塑料）”的文章，它同樣聚焦聚合物循環(huán)3D打印的話題。

熱固性塑料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。但此類材料通常不可熔化后重新加工。

從DSF中合成可降解的熱固性有機(jī)化合物

該研究開發(fā)了一種可循環(huán)3D打印的熱固性材料，打印后的材料可以通過酸水解、熱解聚和氧化降解等多種方法，實(shí)現(xiàn)選擇性、順序性的降解，降解產(chǎn)物能夠重新聚合成新材料，形成了一個(gè)閉環(huán)的再利用過程。該研究的意義在于，它為熱固性材料的合成提供了新的方法，對(duì)于減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)有重要意義。

No4.聚焦生物3D打印技術(shù)與應(yīng)用

來自 加州理工學(xué)院的高偉 教授團(tuán)隊(duì) 研發(fā)出了一款超聲引導(dǎo)的3D打印技術(shù)平臺(tái)，其借助聚焦超聲以及超聲響應(yīng)生物墨水，可以直接在體內(nèi)精準(zhǔn)打印生物材料。這些生物墨水（也稱超聲墨水）融合了生物聚合物、成像造影劑與攜帶交聯(lián)劑的溫敏脂質(zhì)體，能經(jīng)注射或?qū)Ч軅魉椭馏w內(nèi)深處的目標(biāo)組織部位。

因此，從原理說該技術(shù)可以在體內(nèi)制造醫(yī)療植入物，并為體內(nèi)深層組織提供定制治療，而無需進(jìn)行侵入手術(shù)。研究人員成功在小鼠膀胱病變部位附近以及兔子肌肉組織深處3D打印了載藥功能性生物材料，驗(yàn)證了這項(xiàng)技術(shù)，展示了其在藥物輸送、組織再生和生物電子學(xué)方面的潛在應(yīng)用。特別需要指出的是，此部分解讀僅介紹該研究的學(xué)術(shù)內(nèi)容，距離實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。

該研究以“ ”為題發(fā)表在science。

No5. 開發(fā)出自感知3D打印技術(shù)

荷蘭烏得勒支烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員，開發(fā)出了一種稱之為GRACE的新型3D打印技術(shù)，它是一套集“感知-分析-決策-執(zhí)行”于一體的閉環(huán)系統(tǒng)，具有自我感知并調(diào)整打印策略的能力，完全不同于現(xiàn)有的3D打印工藝。

這項(xiàng)新工藝主要面向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。它能夠主動(dòng)感知打印環(huán)境、打印材料的內(nèi)部特征等 “周邊關(guān)聯(lián)信息”，并基于這些信息動(dòng)態(tài)調(diào)整打印策略，能夠精準(zhǔn)識(shí)別細(xì)胞分布并生成血管網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)多組織模型的自動(dòng)對(duì)齊打印，還可以在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行精準(zhǔn)的非侵入式打印。

這項(xiàng)技術(shù)也為開發(fā)具有反饋機(jī)制的自適應(yīng)3D打印技術(shù)的發(fā)展提供了思路。具體解讀請(qǐng)點(diǎn)擊文章題目。

No6. 革新雙光子光刻3D打印技術(shù)

來自勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的中國(guó)博士后研究員Songyun Gu等人，將傳統(tǒng)雙光子光刻3D打印機(jī)一個(gè)多月才能完成的任務(wù)，縮短至不到兩個(gè)小時(shí)，并且極大提升了制造精度。

解決了雙光子光刻3D打印技術(shù)制造復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)時(shí)遇到的「打印分辨率和打印速度」之間相互矛盾的問題，大幅提高了效率、打印面積以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。對(duì)微電子、生物醫(yī)學(xué)、量子技術(shù)等這些對(duì)復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)有極大需求的領(lǐng)域有重要影響。

這篇以為題的文章在nature發(fā)表。

No7. 聚焦先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本年度 3D打印技術(shù)領(lǐng)域第1篇Science文章聚焦先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了一種新型的架構(gòu)材料——3D多聯(lián)結(jié)構(gòu)材料（PAMs），它在刺激響應(yīng)、能量吸收和變形方面超越了傳統(tǒng)架構(gòu)材料，在航空航天、生物醫(yī)療和機(jī)器人領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)這種結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)，并使用脆性丙烯酸聚合物3D打印制造了N×N×N陣列的3D多聯(lián)結(jié)構(gòu)。

3D打印技術(shù)讓研究人員能夠精確控制PAMs的幾何形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而研究所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在不同加載條件下的力學(xué)響應(yīng)。

論文指出，這項(xiàng)研究為創(chuàng)造具有前所未有的力學(xué)性能和響應(yīng)控制的架構(gòu)材料奠定了基礎(chǔ)。本文第一作者為加州理工大學(xué)的博士后、中國(guó)學(xué)者周文杰，文章題目為。

No8. 聚焦先進(jìn)超材料結(jié)構(gòu)開發(fā)

來自普林斯頓大學(xué)的趙拓等人，借助多材料3D打印技術(shù)開發(fā)出了一種具有多模態(tài)變形機(jī)制的模塊化手性折紙超材料，它在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。

所開發(fā)的超材料結(jié)構(gòu)能夠在三維空間實(shí)現(xiàn)自由變形，通過單一控制即可實(shí)現(xiàn)平動(dòng)+扭轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，還能在三個(gè)方向自由伸縮膨脹。它的創(chuàng)新在于模塊化組裝方式，能像樂高積木一樣自由更換組件：既能調(diào)整出近零/負(fù)泊松比等特殊性能，又能預(yù)設(shè)多種穩(wěn)定狀態(tài)。

這項(xiàng)研究可以應(yīng)用于機(jī)器人變壓器、熱調(diào)節(jié)、滯回回路中的機(jī)械記憶、非交換態(tài)躍遷以及用于能量吸收和信息加密的功能組件。研究以為題發(fā)表在nature。

No9.聚焦先進(jìn)熱電器件開發(fā)

奧地利科學(xué)技術(shù)研究所的中國(guó)學(xué)者Shengduo Xu博士等人，通過擠出式3D打印技術(shù)，結(jié)合界面鍵合優(yōu)化策略，成功制備出一種高性能熱電材料，并組裝出能夠在空氣中實(shí)現(xiàn)制冷溫差達(dá)50°C的制冷器件。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0426

新聞評(píng)論指出， 此突破不僅顯著降低了熱電材料的生產(chǎn)成本，使之達(dá)到了商業(yè)級(jí)性能水準(zhǔn)，而且極大程度地削減了材料與能源的損耗，并有效縮短了生產(chǎn)周期。這項(xiàng)研究為電子產(chǎn)品及可穿戴設(shè)備中的多樣化冷卻需求提供了極具擴(kuò)展性的解決方案，同時(shí)，也為燒傷護(hù)理及廢棄能量回收策略等前沿醫(yī)療領(lǐng)域開辟了新的道路。

合成工藝和性能

憑借所展現(xiàn)出的商業(yè)級(jí)卓越性能，這項(xiàng)研究成果有望超越學(xué)術(shù)范疇，展現(xiàn)出深遠(yuǎn)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而吸引那些致力于技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的行業(yè)伙伴的廣泛關(guān)注與興趣。本篇研究的題目為。

No10. 3D打印助力量子技術(shù)研究

來自勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)等機(jī)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)，利用3D打印技術(shù)首次將量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)名為四極離子阱的部件實(shí)現(xiàn)了小型化制造，這被認(rèn)為是量子計(jì)算領(lǐng)域的一次重大突破。

研究人員設(shè)計(jì)并微型化設(shè)計(jì)了毫米級(jí)的離子阱，采用超高分辨率雙光子聚合(2PP)3D打印技術(shù)制造，采用3D打印技術(shù)可以在14小時(shí)內(nèi)從零開始可靠的3D打印出一個(gè)微型離子阱，而且可以讓研究人員測(cè)試各種設(shè)計(jì)，極大地?cái)U(kuò)展了可實(shí)現(xiàn)的離子阱幾何形狀范圍，并提高了其復(fù)雜性。

3D打印離子阱的過程

共同第一作者夏曉星提到，““量子計(jì)算是3D打印技術(shù)發(fā)揮價(jià)值的重要領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈儞碛衅渌圃旒夹g(shù)無法提供的超高分辨率、精細(xì)特征和復(fù)雜3D幾何形狀制造能力，可以制造出像目前處理器這樣的高集成度系統(tǒng)。”

3D打印離子阱的SEM圖像

該研究以“3D-printed micro ion trap technology for quantum information applications”為題發(fā)表在Nature。

No11.3D打印助力解決光伏技術(shù)難題

杭州纖納光電科技股份有限公司以第一通訊單位身份，在 Science發(fā)表了題為“ 3D Laminar Flow-Assisted Crystallization of Perovskites for Square Meter-Sized Solar Modules ”的研究。

該公司利用3D打印技術(shù)制造了可定制內(nèi)部結(jié)構(gòu)的層流空氣干燥器，解決了大面積鈣鈦礦薄膜干燥難題，從根本上解決了鈣鈦礦組件生產(chǎn)良率低的問題，并大幅改善了組件的光熱穩(wěn)定性。而使用3D打印技術(shù)，是因?yàn)樵摷夹g(shù)可以定制生產(chǎn)層流空氣干燥器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

No12. 3D打印技術(shù)助力動(dòng)物行為研究

自英國(guó)諾丁漢大學(xué)的研究人員，在nature發(fā)表了題為“Mapping the adaptive landscape of Batesian mimicry using 3D-printed stimuli” 的文章。

該研究的核心是借助3D打印技術(shù)，制造高度逼真的假昆蟲形態(tài)，來測(cè)試捕食者對(duì)不同擬態(tài)表型的反應(yīng)。他們使用HP Jet Fusion 580 3D打印機(jī)，制作出了高分辨率彩色實(shí)體模型，能夠使翅、觸角等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)達(dá)到生物學(xué)真實(shí)性。

對(duì)于該領(lǐng)域的研究人員來說，3D打印技術(shù)提供了重要幫助。 傳統(tǒng)制作這種假昆蟲的辦法會(huì)使用真實(shí)標(biāo)本或人工涂色，效果不理想。但通過3D打印技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)擬態(tài)表型的精確操控，可以獨(dú)立或組合調(diào)整形狀、顏色、圖案和尺寸四個(gè)視覺特征，從而創(chuàng)造出自然界中不存在的"假設(shè)性"擬態(tài)表型。

從總結(jié)來看，今年Science和Nature正刊的3D打印技術(shù)研究涵蓋了與這項(xiàng)技術(shù)相關(guān)的工藝、材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用各個(gè)方面。

在工藝方面，金屬3D打印的重大突破很困難，而生物3D打印的突破很明顯更多，并且極具應(yīng)用潛力。在材料方面，近年來有多項(xiàng)研究聚焦在聚合物的回收利用，反應(yīng)出研究界對(duì)該領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注，它可能會(huì)推動(dòng)可回收使用3D打印聚合物材料的 商業(yè)化應(yīng)用。最后就是結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，可以看出研究界如今正更大力度的借助3D打印技術(shù)突破傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用中的瓶頸。

注：本文由3D打印技術(shù)參考創(chuàng)作，未經(jīng)聯(lián)系授權(quán)，謝絕轉(zhuǎn)載。

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