槽内光聚合技术是一种3D打印技术，其过程是将光反应性液态树脂倒入容器中，然后用激光或紫外线固化特定区域以成型。然而，由于该方法仅适用于光敏聚合物，其实际应用有限。

一些研究人员已开发出将这些打印聚合物转化为更强材料（如金属和陶瓷）的技术，但领导瑞士洛桑联邦理工学院工程学院材料与制造化学实验室的Daryl Yee 指出，这些方法存在重大缺陷。"这些材料往往多孔，显著降低了其强度，并且部件会过度收缩，导致变形，"他解释说。

为了解决这些问题，Yee及其团队在发表于《先进材料》的论文中提出了一种新方法。研究人员并未直接固化已混合金属化合物的树脂，而是首先使用一种简单的水基凝胶（即水凝胶） 3D打印出一个框架结构。然后，他们将这个"空白"结构浸泡在金属盐溶液中，这些盐类通过化学反应转化为微小的含金属纳米颗粒，并遍布整个凝胶。重复此过程多次，他们便能制造出金属含量极高的复合材料。

经过5到10次这样的"生长循环"后，通过加热去除剩余的水凝胶，留下一个致密的金属或陶瓷物体，其形状与最初打印的凝胶结构精确吻合。由于金属盐仅在打印后才添加，因此同一水凝胶模板可用于制造各种不同的金属、陶瓷或复合材料。

Yee总结道："我们的工作不仅能够通过一种易于操作、低成本的3D打印工艺来制造高质量的金属和陶瓷；它还提出了一种增材制造的新范式，即材料选择发生在3D打印之后，而非之前。"

瞄准先进三维结构

在该研究中，团队使用铁、银和铜制造了名为"螺旋二十四面体"的复杂数学晶格结构，展示了其技术生产坚固且复杂结构的能力。为了测试材料的强度，他们使用万能试验机对这些螺旋二十四面体施加逐渐增大的压力。

论文第一作者、博士生Yiming Ji 表示："与我们材料相比，采用以往方法制造的材料只能承受二十分之一的压力，并且我们的材料仅收缩20%，而传统方法的收缩率高达60%至90%。"

科学家指出，他们的技术对于制造同时具备坚固、轻质和复杂特性的先进三维结构特别有吸引力，例如传感器、生物医学设备、或能量转换与存储设备。例如，金属催化剂对于实现将化学能转化为电能的反应至关重要。其他应用可能包括用于能源技术的、具有先进冷却特性的高表面积金属。

展望未来，该团队正致力于改进其工艺以促进工业应用，特别是通过进一步提高材料的密度。另一个目标是提升速度：虽然重复的浸泡步骤对于生产更坚固的材料至关重要，但与其它将聚合物转化为金属的3D打印技术相比，这种方法更耗时。"我们已经在通过使用机器人自动化这些步骤来缩短总处理时间，" Yee 说道。