瑞士洛桑联邦理工学院研究人员开发出一种革命性制造技术,通过水凝胶模板反复注入金属盐溶液,在微观层面"培育"出高密度金属构件。这项发表于《先进材料》的研究突破了传统光固化3D打印只能使用光敏聚合物的限制,制造出的金属结构抗压强度达到既往技术的20倍,收缩率从60-90%降至仅20%。
槽式光聚合3D打印技术虽能塑造复杂形态,但其材料局限性始终制约着工业应用。现有聚合物转化技术又存在孔隙率高、收缩变形严重等缺陷。研究团队独辟蹊径,先用水凝胶打印框架,再通过多次浸泡金属盐溶液,使金属纳米颗粒在凝胶网络中生长。经过5-10次生长循环后,通过热处理去除凝胶模板,最终获得与原始设计完全吻合的致密金属构件。
这种"先打印后选材"的新范式,使同个水凝胶模板可制造铁、银、铜等多种金属陶瓷复合材料。团队通过制造螺旋二十四面体等复杂数学结构,验证了该技术制造强韧轻质三维架构的潜力。这种特性使其在传感器、生物医疗器件、能源转换存储设备等领域具有广阔前景。
目前研究人员正致力于通过机器人自动化缩短工艺流程,并继续提升材料致密化程度,推动该技术走向工业化应用。项目负责人Daryl Yee表示:"这不仅实现了高质量金属陶瓷的低成本3D打印,更开创了增材制造的新范式。"
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