3D打印7次登上《Nature》，2025年科研突破

南极熊导读：2025年即将结束，过去的一年，3D打印成为科研热点，并出现了大量成果突破，特别是来自中国大学和研究所，发布了大量相关高质量论文，同时培养了大批3D打印人才。

2025年，《Nature》期刊发表了多项与3D打印密切相关的重要研究。这些工作覆盖材料科学、量子技术、生物制造和生态学等多个领域，展示了3D打印在解决复杂科学问题中的广泛适用性。从可降解高性能材料到智能感知打印系统，从仿生结构设计到量子硬件制造，3D打印正越来越多地被用作探索自然机制和开发前沿技术的核心工具。

1. 可降解热固材料：单一单体实现绿色循环

2025年1月，南极熊获悉，康奈尔大学在《Nature》发表研究，提出一种基于单一生物基单体的新型合成策略，成功制备出性能可调且可完全回收的热固性材料。传统热固塑料一旦固化便无法重塑或降解，而该材料通过光催化与金属催化的协同控制，可在室温下精准“编程”出从柔软到坚硬的不同力学性能。

研究团队以2,3-二氢呋喃（DHF）为唯一单体，通过调节光照时间与催化剂浓度，实现了材料性能的连续调控。更重要的是，所得材料可在热、酸或氧化条件下选择性解聚，高效回收原始单体并重新用于合成，形成闭环循环。

△基于DHF的可降解热固材料合成

这项成果虽未直接使用3D打印工艺，但其开发的可降解高性能树脂体系，为未来可持续光固化3D打印提供了关键材料基础，有望应用于汽车、航空航天等对强度与环保兼具需求的制造场景。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08386-w

2. 多模态手性变形元件：一推实现扭、缩、变高

2025年4月，南极熊获悉，普林斯顿大学在《Nature》报道了一种由3D打印制造的模块化手性超材料，可在单一驱动下同步实现扭转、面内收缩和高度压缩。传统智能材料通常只能响应一种刺激产生单一形变，而该设计通过精巧的折纸几何结构，使多种变形模式在单自由度下解耦并协同发生。

研究团队利用高精度3D打印技术，精确构建微米级铰链与连接单元，成功实现0°–90°扭转、25%横向收缩及超过50%纵向压缩。模块化组装策略还允许按需定制局部手性与承载能力，为结构功能一体化提供新路径。

△由铰接镶嵌结构与手性折纸启发的晶格单元组成的多模态超材料

此技术为软体机器人、自适应航天结构、动态热管理系统及信息加密器件开辟了新可能，充分展现了3D打印在制造复杂功能性超材料中的不可替代优势。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08851-0

3. 视觉驱动的无模型控制：用RGB图像直接操控机械手

2025年6月，南极熊获悉，《Nature》发表一项突破性机器人控制研究。由麻省理工学院（MIT）与新加坡科技设计大学等机构合作开发了一种纯视觉驱动的框架，仅通过普通RGB摄像头拍摄的视频，即可实时生成高精度控制指令，驱动多种机器人完成复杂任务。

系统无需物理模型、关节编码器、力反馈或精确相机标定，却能在存在外部扰动、遮挡或动态负载（如附加350克配重）的情况下，实现毫米级操作精度——例如让机械手绘出“MIT”字母，或操控软体手从玻璃杯中抓取工具并推动苹果。

△基于视觉的多类机器人闭环控制

值得注意的是，此方法在多个3D打印机器人平台上成功验证：包括开源的Poppy 3D打印机械臂、3D打印的软–刚混合气动手，以及基于剪切辅助超材料（HSA）的3D打印软体执行器。这些低成本、非标准化的设备通常缺乏精确动力学模型，正适合该无模型控制方法。研究证明，结合数据驱动视觉控制，3D打印机器人也能实现高可靠、高精度的操作能力，为柔性制造和普及型机器人开辟了新路径。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09170-0

4. 3D打印拟态昆虫：量化自然界的“模仿”精度

2025年7月，南极熊获悉，诺丁汉大学在《Nature》发表一项跨学科研究，首次利用3D打印技术系统探究昆虫拟态的进化机制。研究团队制作了一系列从低相似度到高保真度的拟态蝴蝶模型，在野外测试鸟类、螳螂、跳蛛等捕食者的攻击行为，从而量化“模仿多像才算有效”。

实验发现，鸟类对颜色和体型偏差极为敏感，稍有不符即会识破；而无脊椎捕食者如蜘蛛则容忍度更高。这一差异解释了为何在鸟类主导区域，拟态演化得极其精细，而在其他生态位则相对宽松。

△用于生成人工拟态刺激物的方法概述

3D打印在此充当了生态学的“可控实验平台”，使抽象的自然选择压力变得可测量、可重复。这项工作标志着增材制造正成为生命科学探索复杂行为与进化规律的新工具。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09216-3

5. 3D打印离子阱：为大规模量子计算机铺路

2025年9月，南极熊获悉，来自加州大学伯克利分校、劳伦斯利弗莫尔国家实验室等顶尖机构组成的联合研究团队，利用双光子聚合（two-photon polymerization, 2PP）的高分辨率3D打印技术，成功制造出性能卓越且可规模化生产的微型三维（3D）离子阱阵列首次将双光子聚合（2PP）3D打印技术应用于高性能离子阱制造。传统离子阱面临“性能”与“可扩展性”的两难：3D手工阱性能优异但难以集成，2D芯片阱易量产却性能受限。该研究通过在基底上3D打印微米级聚合物支架并镀金属，成功构建出兼具深势阱、高频率与芯片兼容性的微型3D离子阱。

实验以⁴⁰Ca⁺离子为量子比特，测得径向阱频率高达24 MHz，陷阱深度达1.3 eV——比同类表面阱强一个数量级以上。更关键的是，仅用标准多普勒冷却即可将离子冷却至接近量子基态（平均声子数 n≈0.5），并在此基础上实现97.8%保真度的双量子比特纠缠门，且所需射频电压降低近十倍，显著减少功耗与加热噪声。

△3D打印工艺及3D打印离子阱（3D-100-Au-V）的扫描电子显微镜（SEM）图像

这项工作验证了3D打印在量子硬件制造中的可行性，提供了一条通向可扩展、高性能量子处理器的新路径。未来，此技术有望与集成光子学、低温电子学结合，加速实用化量子计算机的研发进程。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09474-1

6. 智能感知打印：GRACE系统让3D打印机“看懂”再打印

2025年9月，南极熊获悉，荷兰乌得勒支大学在《Nature》发表研究，推出名为GRACE（Generative, Adaptive, Context-Aware 3D Printing）的新型3D打印方法。该技术将光片显微成像、计算机视觉与体积打印深度融合，使打印机能够“看见”目标对象（如细胞、微球或已有结构），并自动生成适配其形状与位置的打印路径，实现真正意义上的上下文感知制造。

GRACE系统通过光片扫描快速获取打印区域的3D点云数据，结合多参数建模算法，在几分钟内生成血管状通道、封装结构或对齐支架等复杂几何。实验中，它成功围绕胰岛细胞构建优化微通道，使前胰岛素分泌提升1.6倍；还能自动对齐股骨与软骨模型，构建功能性骨软骨复合组织，并在4周内维持细胞活性与基质合成。

△GRACE 打印

这项工作标志着3D打印从“被动执行设计”迈向“主动感知-响应”的智能新阶段。未来，GRACE有望广泛应用于个性化组织工程、软体机器人制造及多材料集成系统，为再生医学和先进制造提供数据驱动的新范式。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09436-7

7.超大规模金属透镜阵列实现并行飞秒激光3D打印

2025年12月，《Nature》报道了一项由斯坦福大学等机构完成的突破性制造技术。研究团队开发出包含数十万颗高数值孔径（NA）的超大面积金属透镜阵列，并将其集成到双光子光刻（TPL）系统中，成功实现厘米级尺度、亚微米分辨率的并行3D打印。

传统TPL依赖单点扫描，速度极慢；而新系统通过空间光调制器调控入射激光强度分布，再经金属透镜阵列同时聚焦成数万个独立焦点，将打印通量提升近五个数量级，可在数分钟内制造出包含数亿体素的复杂三维微结构，如仿生晶格、微流控网络和功能光子器件。

△基于超透镜的双光子光刻

这项工作直接推动了高速、高分辨、大尺度3D打印的实用化。所采用的金属透镜本身也通过电子束光刻与干法刻蚀工艺在硅基底上制造，虽非传统“增材”方式，但其作为核心光学元件赋能下一代并行3D打印系统，为未来基于光场调控的超快增材制造提供了关键硬件基础。研究团队已打印出3厘米尺度的3D架构，特征尺寸低于200纳米，展示了该技术在微纳光子学、组织工程支架和超材料批量制造中的巨大潜力。

南极熊总结

2025年《Nature》上的3D打印相关研究体现出鲜明的跨学科特征。科学家们构建可循环热固材料、利用3D打印操控量子离子、模拟昆虫拟态、生成适配细胞的血管网络，让打印机具备环境感知能力，甚至实现亚微米分辨率的并行3D打印。这些成果拓展了3D打印的应用边界，也反映出它已深度融入基础科研，不再仅用于制造样品，而是服务于科学发现本身。

南极熊近期热文

小通知

2025年12月19日周五下午2点到5点，南极熊联合京东，在深圳南山京东Mall举办一场FDM多喷头 3D打印评测大会，广泛邀请3D打印农场主、玩家、爱好者来到深圳现场参与，一起聊聊消费级3D打印的未来。

感兴趣的朋友，可以直接来深圳现场(南山区南海大道2746号京东 MALL一层)。可联系南极熊客服微信 nanjixiong3ddayin，求加入交流群。