科學家發現一種3D打印方法可使金屬強度提升20倍

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）科學家日前開發出了一種突破性的三維打印方法，利用水凝膠作為模板，大幅提升金屬和陶瓷的密度與強度。團隊表示，這項新技術生產出的材料比傳統方法制造的同類金屬強度高達20倍，同時大幅降低了材料在成型過程中的變形風險。

據介紹，新工藝初步利用水凝膠打印出三維結構框架，再將其浸泡于金屬鹽溶液中，通過化學轉化生成遍布整個凝膠的金屬納米顆粒。經過多次注入金屬鹽和轉化，進一步提升金屬含量，最終再加熱去除剩余水凝膠，留下結構完整、密度極高的金屬或陶瓷實體。值得一提的是，這種“先打印后注入”的方案，讓水凝膠模型能靈活轉化為多種金屬、陶瓷或復合材料。

負責該項目的材料化學與制造實驗室主任Daryl Yee表示，傳統光聚合打印技術僅限于對光敏聚合物的加工，材料類型受限且難以實現高強度零件。此前業內曾嘗試印刷聚合物后轉為金屬或陶瓷，但往往出現空隙致材料強度不足，且成品收縮嚴重導致變形。而水凝膠打印法則有效克服了這些難題，并能顯著提升制品的密度與機械性能。

在最新研究中，團隊已用該技術制造出包括鐵、銀、銅等金屬的復雜數學晶格（如“陀螺體”）結構，并通過機械測試儀器證明其承壓能力比常規方法高20倍，同時成品收縮率僅為20%（遠低于傳統工藝的60%~90%）。除強度與輕質兼備外，此方法特別適用于傳感器、生物醫學設備以及能源轉換器等對結構復雜與高強度有特殊要求的領域。未來應用前景還包括催化反應所需的高表面積金屬以及高效能冷卻結構等。

研究團隊透露，后續計劃主要聚焦于工業化升級，提升材料密度并加快生產流程。目前的多輪注入步驟雖能提升性能，但耗時較長，研究人員正嘗試通過機器人自動化來加快整體處理速度。

來源：中國航空報