3D打印科研突破！2025年8次登上《Science》

2025年快结束了，南极熊发现，3D打印技术的突破层出不穷，一批研究成果纷纷发布到《Science 》、《Nature》等顶级期刊上。 3D打印早已超越“快速成型”的初始定位，成为驱动材料、能源、生物医学等领域范式变革的核心工具。2025年，《Science》连续发表8项与3D打印密切相关的重要研究，每一项都直指行业痛点或科学前沿。这些工作不仅展示了3D打印在微观结构控制、功能集成与可持续制造方面的独特优势，更预示着其正从“辅助工艺”迈向“主干技术”。

1. 多连环构架材料：像流体又像固体的“智能”结构

2025年1月，加州理工学院团队在《Science》刊发了一项颠覆性材料设计成果,三维多链结构材料（Polycatenated Architected Materials, PAMs）。这类材料由大量离散但相互穿套的环状或笼状单元构成，通过高精度3D打印实现精确排布。

与传统晶格或泡沫不同，PAMs在受力时表现出罕见的“双态行为”：低应变下如固体般稳定承重；高剪切速率下却能像非牛顿流体一样流动或硬化。实验显示，它可呈现剪切稀化（越搅越稀）或剪切增稠（越搅越硬）效应，甚至能在微尺度上因静电作用发生可逆形变。

这种“结构即功能”的设计理念，为未来开发自适应防护系统（如智能头盔）、可变形建筑模块或软体机器人关节提供了全新思路。这一切，离不开3D打印对复杂拓扑结构的精准实现能力。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr9713

2. 高性能热电冷却器：3D打印也能“制冷”

热电材料能直接将电能转化为温差，广泛用于精密电子散热、医疗冷敷等场景。但传统制造工艺成本高昂、难以定制。2025年2月，奥地利科学技术研究所（ISTA）的Maria Ibáñez教授团队另辟蹊径，采用挤出式3D打印成功制备出高性能热电冷却器件。

关键突破在于他们开发了一种新型油墨，油墨中的纳米晶粒在打印过程中能自发形成强共价键，大幅提升电导率与热电优值。实测表明，打印器件在空气中可实现50℃的净冷却温差，性能媲美传统烧结材料，但成本大幅降低。

△合成工艺与性能

这项技术有望让热电冷却从实验室走向消费端：比如集成到可穿戴设备中实时降温，或用于运动损伤后的精准冷疗。3D打印在此不仅降本，更赋予了按需定制形状与功能的可能性。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0426

3. 磁场稳住“匙孔”：金属3D打印告别气孔缺陷

金属激光3D打印过程中，“匙孔”（keyhole），即激光熔化金属时形成的深孔，极易因不稳定性产生气泡和裂纹，严重影响零件强度。这一问题长期制约航空发动机、火箭燃料喷嘴等关键部件的可靠性。

2025年2月，由伦敦大学学院（UCL）主导，联合英美加中四国科研力量，利用高速同步辐射X射线成像，首次揭示：施加特定方向的磁场可显著抑制匙孔震荡。实验数据显示，孔洞面积减少高达80%，打印件致密度接近锻件水平。

△有无磁场条件下匙孔形貌的对比

研究人员指出，此方法无需改变现有设备，仅通过外加磁场即可提升质量，极具工程落地价值。这项成果为高端金属增材制造提供了低成本、高效益的质量控制新路径。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8554

4. 光固化树脂也能100%回收？浙大破解环保困局

光固化3D打印（如SLA、DLP）因精度高、速度快被广泛使用，但其使用的交联聚合物一旦固化便无法再加工，造成大量塑料废弃物。浙江大学团队在2025年3月提出革命性解决方案：基于二硫缩醛键的动态解离网络。

这种新材料在紫外光下快速固化成型，具备优异力学性能（模量跨度达140 MPa，断裂伸长率超1200%）；而在加热条件下，交联网络可完全解离为原始组分，无需添加新单体即可100%回收并重新打印，循环多次性能几乎无衰减。

△闭环可回收光聚合物网络的设计

团队已将其应用于牙科模型、铸造母模等场景，验证了经济与环保双重收益。这项工作真正实现了“高性能”与“全闭环回收”的统一，为光固化技术走向绿色制造树立了标杆。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3880

5. 不开刀也能“体内打印”？声波+脂质体实现深部精准制造

2025年5月，加州理工学院与UCLA合作推出了图像引导的深部组织体内声音打印（DISP）。此技术无需手术切口，即可在活体内部毫米级精度构建功能性生物结构。

操作流程如下：先将一种特殊“超声墨水”（含热敏脂质体和预聚物）微创注入体内；随后，医生通过聚焦超声波在目标位置产生局部升温，触发脂质体破裂、释放交联剂，使预聚物原位凝胶化，形成水凝胶支架。

△成像引导的深部组织体内声学打印（DISP）

研究团队已成功在动物模型中打印出导电神经接口、载药微球、组织粘合剂等多种结构。未来，该技术可用于修复心肌梗死区域、封闭内脏创伤、或递送抗癌药物至肿瘤核心，开创“体内工厂”式微创治疗新模式。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt0293

6. 平方米级钙钛矿电池：3D打印助力清洁能源量产

钙钛矿太阳能电池效率高、成本低，但大面积制备时薄膜易出现结晶不均、针孔等问题，阻碍商业化。2025年5月，杭州微导纳米联合浙江大学等机构，巧妙借助3D打印解决这一难题。

他们设计并3D打印出一种层流空气干燥器（LAD），通过精密气道结构产生高度均匀的层流，使溶剂在整个平方米级基板上同步挥发，从而获得致密、均一的钙钛矿薄膜。

△ LAD 方法的基本信息

最终，团队制备出7906 cm²（近0.8平方米）的组件，认证效率达15.0%（输出功率118瓦），并通过湿热、光照等可靠性测试。这是目前全球最大面积的高效钙钛矿组件之一，标志着该技术向GW级光伏产线迈出关键一步。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt5001

7. 室温打印超硬涂层：高熵纳米带墨水问世

2025年5月，南卫理公会大学（SMU）联合伊利诺伊大学芝加哥分校等机构在高熵材料领域取得突破，成功合成出一维高熵氧化物（1D-HEO）纳米带。这种材料由五种以上金属元素均匀混合，形成高度无序但极其稳定的原子结构。

研究团队开发了一种新型蚀刻-氧化工艺，可精准控制纳米带尺寸，并将其分散成可在室温下使用的稳定墨水。此墨水适用于3D打印或喷涂，直接在组件表面构建耐高温、耐腐蚀、抗高压的保护涂层。

△从二维前驱体到一维高熵氧化物（1D-HEO）的转变路径

实验显示，1D-HEO在12 GPa高压、强酸强碱环境中仍保持结构完整，性能远超传统涂层材料。由于无需高温熔融，其制造过程比传统高熵合金节能且成本更低，为航空航天、能源设备等领域的极端环境防护提供了全新解决方案。虽然这项研究并未开发或者利用新的3D打印技术，但所制备的室温墨水为未来功能性3D打印和涂层制造提供了高性能材料选项。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr5604

8. 200倍提速！斯坦福加速合成血管系统设计

器官移植供不应求，而人工器官的最大瓶颈在于缺乏功能性血管网络，没有血液供应，厚组织无法存活。2025年6月，斯坦福大学团队开发出一套快速模型引导的血管设计平台，彻底改变这一局面。

传统算法生成复杂血管树需数小时甚至数天，而新方法将计算速度提升约200倍，可在分钟级内生成匹配真实器官几何形状的500分支以上血管网络。研究人员随后用生物墨水3D打印出该结构，并证实其能有效输送营养、维持细胞长期存活。

△合成血管加速技术的性能。

这项技术为未来按需打印个性化心脏、肝脏奠定基础，有望终结器官等待名单，同时避免免疫排斥，因为所有细胞都来自患者自身。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6152

总结

《Science》上的一系列3D打印相关研究清晰勾勒出一个趋势：这项技术已从“快速成型工具”蜕变为“科学创新引擎”。它不再只是制造的终点，而是新材料设计、生命系统构建与绿色工业转型的起点。随着更多跨学科突破涌现，3D打印正稳步走向科学前沿与产业核心。值得注意的是，2025年这些3D打印突破性工作高度集中于上半年，下半年相关成果明显减少，但无论如何，3D打印已稳稳站上科学创新的主舞台。