3D打印科研突破！2025年8次登上《Science》

2025年快結束了，南極熊發現，3D打印技術的突破層出不窮，一批研究成果紛紛發布到《Science 》、《Nature》等頂級期刊上。 3D打印早已超越“快速成型”的初始定位，成為驅動材料、能源、生物醫學等領域范式變革的核心工具。2025年，《Science》連續發表8項與3D打印密切相關的重要研究，每一項都直指行業痛點或科學前沿。這些工作不僅展示了3D打印在微觀結構控制、功能集成與可持續制造方面的獨特優勢，更預示著其正從“輔助工藝”邁向“主干技術”。

1. 多連環構架材料：像流體又像固體的“智能”結構

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

與傳統晶格或泡沫不同，PAMs在受力時表現出罕見的“雙態行為”：低應變下如固體般穩定承重；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，它可呈現剪切稀化（越攪越稀）或剪切增稠（越攪越硬）效應，甚至能在微尺度上因靜電作用發生可逆形變。

這種“結構即功能”的設計理念，為未來開發自適應防護系統（如智能頭盔）、可變形建筑模塊或軟體機器人關節提供了全新思路。這一切，離不開3D打印對復雜拓撲結構的精準實現能力。

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化為溫差，廣泛用于精密電子散熱、醫療冷敷等場景。但傳統制造工藝成本高昂、難以定制。2025年2月，奧地利科學技術研究所（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。

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

△合成工藝與性能

這項技術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備中實時降溫，或用于運動損傷后的精準冷療。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，極易因不穩定性產生氣泡和裂紋，嚴重影響零件強度。這一問題長期制約航空發動機、火箭燃料噴嘴等關鍵部件的可靠性。

2025年2月，由倫敦大學學院（UCL）主導，聯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。實驗數據顯示，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，此方法無需改變現有設備，僅通過外加磁場即可提升質量，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？浙大破解環保困局

光固化3D打印（如SLA、DLP）因精度高、速度快被廣泛使用，但其使用的交聯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解離網絡。

這種新材料在紫外光下快速固化成型，具備優異力學性能（模量跨度達140 MPa，斷裂伸長率超1200%）；而在加熱條件下，交聯網絡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，循環多次性能幾乎無衰減。

△閉環可回收光聚合物網絡的設計

團隊已將其應用于牙科模型、鑄造母模等場景，驗證了經濟與環保雙重收益。這項工作真正實現了“高性能”與“全閉環回收”的統一，為光固化技術走向綠色制造樹立了標桿。

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

5. 不開刀也能“體內打印”？聲波+脂質體實現深部精準制造

2025年5月，加州理工學院與UCLA合作推出了圖像引導的深部組織體內聲音打印（DISP）。此技術無需手術切口，即可在活體內部毫米級精度構建功能性生物結構。

操作流程如下：先將一種特殊“超聲墨水”（含熱敏脂質體和預聚物）微創注入體內；隨后，醫生通過聚焦超聲波在目標位置產生局部升溫，觸發脂質體破裂、釋放交聯劑，使預聚物原位凝膠化，形成水凝膠支架。

△成像引導的深部組織體內聲學打印（DISP）

研究團隊已成功在動物模型中打印出導電神經接口、載藥微球、組織粘合劑等多種結構。未來，該技術可用于修復心肌梗死區域、封閉內臟創傷、或遞送抗癌藥物至腫瘤核心，開創“體內工廠”式微創治療新模式。

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

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結晶不均、針孔等問題，阻礙商業化。2025年5月，杭州微導納米聯合浙江大學等機構，巧妙借助3D打印解決這一難題。

他們設計并3D打印出一種層流空氣干燥器（LAD），通過精密氣道結構產生高度均勻的層流，使溶劑在整個平方米級基板上同步揮發，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，標志著該技術向GW級光伏產線邁出關鍵一步。

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，南衛理公會大學（SMU）聯合伊利諾伊大學芝加哥分校等機構在高熵材料領域取得突破，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定的原子結構。

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

△從二維前驅體到一維高熵氧化物（1D-HEO）的轉變路徑

實驗顯示，1D-HEO在12 GPa高壓、強酸強堿環境中仍保持結構完整，性能遠超傳統涂層材料。由于無需高溫熔融，其制造過程比傳統高熵合金節能且成本更低，為航空航天、能源設備等領域的極端環境防護提供了全新解決方案。雖然這項研究并未開發或者利用新的3D打印技術，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設計

器官移植供不應求，而人工器官的最大瓶頸在于缺乏功能性血管網絡，沒有血液供應，厚組織無法存活。2025年6月，斯坦福大學團隊開發出一套快速模型引導的血管設計平臺，徹底改變這一局面。

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

△合成血管加速技術的性能。

這項技術為未來按需打印個性化心臟、肝臟奠定基礎，有望終結器官等待名單，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

《Science》上的一系列3D打印相關研究清晰勾勒出一個趨勢：這項技術已從“快速成型工具”蛻變為“科學創新引擎”。它不再只是制造的終點，而是新材料設計、生命系統構建與綠色工業轉型的起點。隨著更多跨學科突破涌現，3D打印正穩步走向科學前沿與產業核心。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，下半年相關成果明顯減少，但無論如何，3D打印已穩穩站上科學創新的主舞臺。