2025年快結(jié)束了，南極熊發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)的突破層出不窮，一批研究成果紛紛發(fā)布到《Science 》、《Nature》等頂級期刊上。 3D打印早已超越“快速成型”的初始定位，成為驅(qū)動材料、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域范式變革的核心工具。2025年，《Science》連續(xù)發(fā)表8項與3D打印密切相關(guān)的重要研究，每一項都直指行業(yè)痛點或科學(xué)前沿。這些工作不僅展示了3D打印在微觀結(jié)構(gòu)控制、功能集成與可持續(xù)制造方面的獨特優(yōu)勢，更預(yù)示著其正從“輔助工藝”邁向“主干技術(shù)”。

1. 多連環(huán)構(gòu)架材料：像流體又像固體的“智能”結(jié)構(gòu)

2025年1月，加州理工學(xué)院團隊在《Science》刊發(fā)了一項顛覆性材料設(shè)計成果,三維多鏈結(jié)構(gòu)材料（Polycatenated Architected Materials, PAMs）。這類材料由大量離散但相互穿套的環(huán)狀或籠狀單元構(gòu)成，通過高精度3D打印實現(xiàn)精確排布。

與傳統(tǒng)晶格或泡沫不同，PAMs在受力時表現(xiàn)出罕見的“雙態(tài)行為”：低應(yīng)變下如固體般穩(wěn)定承重；高剪切速率下卻能像非牛頓流體一樣流動或硬化。實驗顯示，它可呈現(xiàn)剪切稀化（越攪越?。┗蚣羟性龀恚ㄔ綌囋接玻┬?yīng)，甚至能在微尺度上因靜電作用發(fā)生可逆形變。

這種“結(jié)構(gòu)即功能”的設(shè)計理念，為未來開發(fā)自適應(yīng)防護系統(tǒng)（如智能頭盔）、可變形建筑模塊或軟體機器人關(guān)節(jié)提供了全新思路。這一切，離不開3D打印對復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)實現(xiàn)能力。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr9713

2. 高性能熱電冷卻器：3D打印也能“制冷”

熱電材料能直接將電能轉(zhuǎn)化為溫差，廣泛用于精密電子散熱、醫(yī)療冷敷等場景。但傳統(tǒng)制造工藝成本高昂、難以定制。2025年2月，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（ISTA）的Maria Ibá?ez教授團隊另辟蹊徑，采用擠出式3D打印成功制備出高性能熱電冷卻器件。

關(guān)鍵突破在于他們開發(fā)了一種新型油墨，油墨中的納米晶粒在打印過程中能自發(fā)形成強共價鍵，大幅提升電導(dǎo)率與熱電優(yōu)值。實測表明，打印器件在空氣中可實現(xiàn)50℃的凈冷卻溫差，性能媲美傳統(tǒng)燒結(jié)材料，但成本大幅降低。

△合成工藝與性能

這項技術(shù)有望讓熱電冷卻從實驗室走向消費端：比如集成到可穿戴設(shè)備中實時降溫，或用于運動損傷后的精準(zhǔn)冷療。3D打印在此不僅降本，更賦予了按需定制形狀與功能的可能性。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0426

3. 磁場穩(wěn)住“匙孔”：金屬3D打印告別氣孔缺陷

金屬激光3D打印過程中，“匙孔”（keyhole），即激光熔化金屬時形成的深孔，極易因不穩(wěn)定性產(chǎn)生氣泡和裂紋，嚴(yán)重影響零件強度。這一問題長期制約航空發(fā)動機、火箭燃料噴嘴等關(guān)鍵部件的可靠性。

2025年2月，由倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）主導(dǎo)，聯(lián)合英美加中四國科研力量，利用高速同步輻射X射線成像，首次揭示：施加特定方向的磁場可顯著抑制匙孔震蕩。實驗數(shù)據(jù)顯示，孔洞面積減少高達80%，打印件致密度接近鍛件水平。

△有無磁場條件下匙孔形貌的對比

研究人員指出，此方法無需改變現(xiàn)有設(shè)備，僅通過外加磁場即可提升質(zhì)量，極具工程落地價值。這項成果為高端金屬增材制造提供了低成本、高效益的質(zhì)量控制新路徑。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8554

4. 光固化樹脂也能100%回收？浙大破解環(huán)保困局

光固化3D打?。ㄈ鏢LA、DLP）因精度高、速度快被廣泛使用，但其使用的交聯(lián)聚合物一旦固化便無法再加工，造成大量塑料廢棄物。浙江大學(xué)團隊在2025年3月提出革命性解決方案：基于二硫縮醛鍵的動態(tài)解離網(wǎng)絡(luò)。

這種新材料在紫外光下快速固化成型，具備優(yōu)異力學(xué)性能（模量跨度達140 MPa，斷裂伸長率超1200%）；而在加熱條件下，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可完全解離為原始組分，無需添加新單體即可100%回收并重新打印，循環(huán)多次性能幾乎無衰減。

△閉環(huán)可回收光聚合物網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

團隊已將其應(yīng)用于牙科模型、鑄造母模等場景，驗證了經(jīng)濟與環(huán)保雙重收益。這項工作真正實現(xiàn)了“高性能”與“全閉環(huán)回收”的統(tǒng)一，為光固化技術(shù)走向綠色制造樹立了標(biāo)桿。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3880

5. 不開刀也能“體內(nèi)打印”？聲波+脂質(zhì)體實現(xiàn)深部精準(zhǔn)制造

2025年5月，加州理工學(xué)院與UCLA合作推出了圖像引導(dǎo)的深部組織體內(nèi)聲音打印（DISP）。此技術(shù)無需手術(shù)切口，即可在活體內(nèi)部毫米級精度構(gòu)建功能性生物結(jié)構(gòu)。

操作流程如下：先將一種特殊“超聲墨水”（含熱敏脂質(zhì)體和預(yù)聚物）微創(chuàng)注入體內(nèi)；隨后，醫(yī)生通過聚焦超聲波在目標(biāo)位置產(chǎn)生局部升溫，觸發(fā)脂質(zhì)體破裂、釋放交聯(lián)劑，使預(yù)聚物原位凝膠化，形成水凝膠支架。

△成像引導(dǎo)的深部組織體內(nèi)聲學(xué)打印（DISP）

研究團隊已成功在動物模型中打印出導(dǎo)電神經(jīng)接口、載藥微球、組織粘合劑等多種結(jié)構(gòu)。未來，該技術(shù)可用于修復(fù)心肌梗死區(qū)域、封閉內(nèi)臟創(chuàng)傷、或遞送抗癌藥物至腫瘤核心，開創(chuàng)“體內(nèi)工廠”式微創(chuàng)治療新模式。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt0293

6. 平方米級鈣鈦礦電池：3D打印助力清潔能源量產(chǎn)

鈣鈦礦太陽能電池效率高、成本低，但大面積制備時薄膜易出現(xiàn)結(jié)晶不均、針孔等問題，阻礙商業(yè)化。2025年5月，杭州微導(dǎo)納米聯(lián)合浙江大學(xué)等機構(gòu)，巧妙借助3D打印解決這一難題。

他們設(shè)計并3D打印出一種層流空氣干燥器（LAD），通過精密氣道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高度均勻的層流，使溶劑在整個平方米級基板上同步揮發(fā)，從而獲得致密、均一的鈣鈦礦薄膜。

△ LAD 方法的基本信息

最終，團隊制備出7906 cm2（近0.8平方米）的組件，認(rèn)證效率達15.0%（輸出功率118瓦），并通過濕熱、光照等可靠性測試。這是目前全球最大面積的高效鈣鈦礦組件之一，標(biāo)志著該技術(shù)向GW級光伏產(chǎn)線邁出關(guān)鍵一步。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt5001

7. 室溫打印超硬涂層：高熵納米帶墨水問世

2025年5月，南衛(wèi)理公會大學(xué)（SMU）聯(lián)合伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等機構(gòu)在高熵材料領(lǐng)域取得突破，成功合成出一維高熵氧化物（1D-HEO）納米帶。這種材料由五種以上金屬元素均勻混合，形成高度無序但極其穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。

研究團隊開發(fā)了一種新型蝕刻-氧化工藝，可精準(zhǔn)控制納米帶尺寸，并將其分散成可在室溫下使用的穩(wěn)定墨水。此墨水適用于3D打印或噴涂，直接在組件表面構(gòu)建耐高溫、耐腐蝕、抗高壓的保護涂層。

△從二維前驅(qū)體到一維高熵氧化物（1D-HEO）的轉(zhuǎn)變路徑

實驗顯示，1D-HEO在12 GPa高壓、強酸強堿環(huán)境中仍保持結(jié)構(gòu)完整，性能遠超傳統(tǒng)涂層材料。由于無需高溫熔融，其制造過程比傳統(tǒng)高熵合金節(jié)能且成本更低，為航空航天、能源設(shè)備等領(lǐng)域的極端環(huán)境防護提供了全新解決方案。雖然這項研究并未開發(fā)或者利用新的3D打印技術(shù)，但所制備的室溫墨水為未來功能性3D打印和涂層制造提供了高性能材料選項。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr5604

8. 200倍提速！斯坦福加速合成血管系統(tǒng)設(shè)計

器官移植供不應(yīng)求，而人工器官的最大瓶頸在于缺乏功能性血管網(wǎng)絡(luò)，沒有血液供應(yīng)，厚組織無法存活。2025年6月，斯坦福大學(xué)團隊開發(fā)出一套快速模型引導(dǎo)的血管設(shè)計平臺，徹底改變這一局面。

傳統(tǒng)算法生成復(fù)雜血管樹需數(shù)小時甚至數(shù)天，而新方法將計算速度提升約200倍，可在分鐘級內(nèi)生成匹配真實器官幾何形狀的500分支以上血管網(wǎng)絡(luò)。研究人員隨后用生物墨水3D打印出該結(jié)構(gòu)，并證實其能有效輸送營養(yǎng)、維持細胞長期存活。

△合成血管加速技術(shù)的性能。

這項技術(shù)為未來按需打印個性化心臟、肝臟奠定基礎(chǔ)，有望終結(jié)器官等待名單，同時避免免疫排斥，因為所有細胞都來自患者自身。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6152

總結(jié)

《Science》上的一系列3D打印相關(guān)研究清晰勾勒出一個趨勢：這項技術(shù)已從“快速成型工具”蛻變?yōu)椤翱茖W(xué)創(chuàng)新引擎”。它不再只是制造的終點，而是新材料設(shè)計、生命系統(tǒng)構(gòu)建與綠色工業(yè)轉(zhuǎn)型的起點。隨著更多跨學(xué)科突破涌現(xiàn)，3D打印正穩(wěn)步走向科學(xué)前沿與產(chǎn)業(yè)核心。值得注意的是，2025年這些3D打印突破性工作高度集中于上半年，下半年相關(guān)成果明顯減少，但無論如何，3D打印已穩(wěn)穩(wěn)站上科學(xué)創(chuàng)新的主舞臺。