2025年3D打印Science、Nature正刊12篇研究解讀，中國學者發表過半！

筆者發現，2025年發表在Science和Nature正刊上的，與3D打印技術相關的研究多達十余篇。就總數量而言，跟2024年一致，同樣一致的還有這些研究的主要參與者，都有8篇出自中國學者之手。

它們分別涉及3D打印新工藝、新材料、新結構、機理探討，同時也有多項研究屬于借助3D打印技術實現了其他行業的重大創新突破，但后者并不能稱之為3D打印技術本身的重大進展。接下來，筆者將按照這些研究所聚焦的不同類型，分別進行介紹。

No1. 聚焦金屬3D打印機理研究，改善成形質量

倫敦大學學院的中國學者XIANQIANG FAN等人在 Science 發表 了題為“Magnetic modulation of keyhole instability during laser welding and additive manufacturing”的文章。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8554

這項研究聚焦金屬3D打印的機理，探索激光粉末床熔融（LPBF）過程中使用磁場來減輕鑰匙孔孔隙度。通過高速同步輻射X射線成像技術，并結合橫向磁場實驗，揭示了匙孔不穩定性的形成機制，與此同時驗證了磁場能夠通過熱電磁流體動 力學效 應調控熔池內的流動行為，從而有效抑制氣孔的產生。

熔池隨磁場流動和無磁場流動

該研究不但給激光焊接與LPBF技術里的匙孔不穩定問題，帶來新的解決辦法，還為將來制造技術的發展提供關鍵的理論支撐；借由磁場操控匙孔動態的方式，有希望在不更改材料成分的基礎上，大幅提升制造零件的品質與性能。

No2. 開發出可循環3D打印聚合物

來自浙江大學的謝濤教授和鄭寧教授團隊在science發表了題為 的文章。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads3880

這項研究聚集于3D打印聚合物的循環使用。傳統光固化3D打印依賴于丙烯酸酯類單體的自由基連鎖聚合，所獲得的聚合物網絡無法解聚，給企業生產和環境帶來了巨大負擔。這項研究的重要突破在于，研究人員通過特殊的光聚合物網絡設計方法，實現了高性能聚合物的循環3D打印。

硫醇與芳香醛的可逆光點擊化學反應

這項技術不僅能夠制造出具有高機械性能的3D打印產品，同時能夠解決傳統3D打印聚合物難回收、無法循環使用，進而造成大量浪費以及污染的問題。

No3. 開發出可循環3D打印熱固塑料

來自美國康奈爾大學的研究人員，在nature發表了題為“（通過單一單體的正交聚合制備可降解熱固性塑料）”的文章，它同樣聚焦聚合物循環3D打印的話題。

熱固性塑料具有優異的熱穩定性和機械性能，被廣泛應用于航空航天、汽車制造和生物醫學等領域。但此類材料通常不可熔化后重新加工。

從DSF中合成可降解的熱固性有機化合物

該研究開發了一種可循環3D打印的熱固性材料，打印后的材料可以通過酸水解、熱解聚和氧化降解等多種方法，實現選擇性、順序性的降解，降解產物能夠重新聚合成新材料，形成了一個閉環的再利用過程。該研究的意義在于，它為熱固性材料的合成提供了新的方法，對于減輕環境負擔有重要意義。

No4.聚焦生物3D打印技術與應用

來自 加州理工學院的高偉 教授團隊 研發出了一款超聲引導的3D打印技術平臺，其借助聚焦超聲以及超聲響應生物墨水，可以直接在體內精準打印生物材料。這些生物墨水（也稱超聲墨水）融合了生物聚合物、成像造影劑與攜帶交聯劑的溫敏脂質體，能經注射或導管傳送至體內深處的目標組織部位。

因此，從原理說該技術可以在體內制造醫療植入物，并為體內深層組織提供定制治療，而無需進行侵入手術。研究人員成功在小鼠膀胱病變部位附近以及兔子肌肉組織深處3D打印了載藥功能性生物材料，驗證了這項技術，展示了其在藥物輸送、組織再生和生物電子學方面的潛在應用。特別需要指出的是，此部分解讀僅介紹該研究的學術內容，距離實際應用還很遙遠。

該研究以“ ”為題發表在science。

No5. 開發出自感知3D打印技術

荷蘭烏得勒支烏得勒支大學醫學中心的研究人員，開發出了一種稱之為GRACE的新型3D打印技術，它是一套集“感知-分析-決策-執行”于一體的閉環系統，具有自我感知并調整打印策略的能力，完全不同于現有的3D打印工藝。

這項新工藝主要面向生物醫學領域。它能夠主動感知打印環境、打印材料的內部特征等 “周邊關聯信息”，并基于這些信息動態調整打印策略，能夠精準識別細胞分布并生成血管網絡、實現多組織模型的自動對齊打印，還可以在現有結構上進行精準的非侵入式打印。

這項技術也為開發具有反饋機制的自適應3D打印技術的發展提供了思路。具體解讀請點擊文章題目。

No6. 革新雙光子光刻3D打印技術

來自勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的中國博士后研究員Songyun Gu等人，將傳統雙光子光刻3D打印機一個多月才能完成的任務，縮短至不到兩個小時，并且極大提升了制造精度。

解決了雙光子光刻3D打印技術制造復雜三維納米結構時遇到的「打印分辨率和打印速度」之間相互矛盾的問題，大幅提高了效率、打印面積以及結構復雜度。對微電子、生物醫學、量子技術等這些對復雜三維納米結構有極大需求的領域有重要影響。

這篇以為題的文章在nature發表。

No7. 聚焦先進結構設計

本年度 3D打印技術領域第1篇Science文章聚焦先進結構設計，介紹了一種新型的架構材料——3D多聯結構材料（PAMs），它在刺激響應、能量吸收和變形方面超越了傳統架構材料，在航空航天、生物醫療和機器人領域具有潛在應用價值。研究團隊實現了對這種結構的精確設計，并使用脆性丙烯酸聚合物3D打印制造了N×N×N陣列的3D多聯結構。

3D打印技術讓研究人員能夠精確控制PAMs的幾何形狀和拓撲結構，從而研究所設計的結構在不同加載條件下的力學響應。

論文指出，這項研究為創造具有前所未有的力學性能和響應控制的架構材料奠定了基礎。本文第一作者為加州理工大學的博士后、中國學者周文杰，文章題目為。

No8. 聚焦先進超材料結構開發

來自普林斯頓大學的趙拓等人，借助多材料3D打印技術開發出了一種具有多模態變形機制的模塊化手性折紙超材料，它在力學、熱學、光學等多個領域具有重要應用潛力，實現了突破性的進展。

所開發的超材料結構能夠在三維空間實現自由變形，通過單一控制即可實現平動+扭轉的復合運動，還能在三個方向自由伸縮膨脹。它的創新在于模塊化組裝方式，能像樂高積木一樣自由更換組件：既能調整出近零/負泊松比等特殊性能，又能預設多種穩定狀態。

這項研究可以應用于機器人變壓器、熱調節、滯回回路中的機械記憶、非交換態躍遷以及用于能量吸收和信息加密的功能組件。研究以為題發表在nature。

No9.聚焦先進熱電器件開發

奧地利科學技術研究所的中國學者Shengduo Xu博士等人，通過擠出式3D打印技術，結合界面鍵合優化策略，成功制備出一種高性能熱電材料，并組裝出能夠在空氣中實現制冷溫差達50°C的制冷器件。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0426

新聞評論指出， 此突破不僅顯著降低了熱電材料的生產成本，使之達到了商業級性能水準，而且極大程度地削減了材料與能源的損耗，并有效縮短了生產周期。這項研究為電子產品及可穿戴設備中的多樣化冷卻需求提供了極具擴展性的解決方案，同時，也為燒傷護理及廢棄能量回收策略等前沿醫療領域開辟了新的道路。

合成工藝和性能

憑借所展現出的商業級卓越性能，這項研究成果有望超越學術范疇，展現出深遠的實際應用價值，進而吸引那些致力于技術創新與應用的行業伙伴的廣泛關注與興趣。本篇研究的題目為。

No10. 3D打印助力量子技術研究

來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)等機構的團隊，利用3D打印技術首次將量子計算領域的一個名為四極離子阱的部件實現了小型化制造，這被認為是量子計算領域的一次重大突破。

研究人員設計并微型化設計了毫米級的離子阱，采用超高分辨率雙光子聚合(2PP)3D打印技術制造，采用3D打印技術可以在14小時內從零開始可靠的3D打印出一個微型離子阱，而且可以讓研究人員測試各種設計，極大地擴展了可實現的離子阱幾何形狀范圍，并提高了其復雜性。

3D打印離子阱的過程

共同第一作者夏曉星提到，““量子計算是3D打印技術發揮價值的重要領域，因為它們擁有其他制造技術無法提供的超高分辨率、精細特征和復雜3D幾何形狀制造能力，可以制造出像目前處理器這樣的高集成度系統。”

3D打印離子阱的SEM圖像

該研究以“3D-printed micro ion trap technology for quantum information applications”為題發表在Nature。

No11.3D打印助力解決光伏技術難題

杭州纖納光電科技股份有限公司以第一通訊單位身份，在 Science發表了題為“ 3D Laminar Flow-Assisted Crystallization of Perovskites for Square Meter-Sized Solar Modules ”的研究。

該公司利用3D打印技術制造了可定制內部結構的層流空氣干燥器，解決了大面積鈣鈦礦薄膜干燥難題，從根本上解決了鈣鈦礦組件生產良率低的問題，并大幅改善了組件的光熱穩定性。而使用3D打印技術，是因為該技術可以定制生產層流空氣干燥器的內部結構。

No12. 3D打印技術助力動物行為研究

自英國諾丁漢大學的研究人員，在nature發表了題為“Mapping the adaptive landscape of Batesian mimicry using 3D-printed stimuli” 的文章。

該研究的核心是借助3D打印技術，制造高度逼真的假昆蟲形態，來測試捕食者對不同擬態表型的反應。他們使用HP Jet Fusion 580 3D打印機，制作出了高分辨率彩色實體模型，能夠使翅、觸角等細節結構達到生物學真實性。

對于該領域的研究人員來說，3D打印技術提供了重要幫助。 傳統制作這種假昆蟲的辦法會使用真實標本或人工涂色，效果不理想。但通過3D打印技術可以輕松實現對擬態表型的精確操控，可以獨立或組合調整形狀、顏色、圖案和尺寸四個視覺特征，從而創造出自然界中不存在的"假設性"擬態表型。

從總結來看，今年Science和Nature正刊的3D打印技術研究涵蓋了與這項技術相關的工藝、材料、結構、應用各個方面。

在工藝方面，金屬3D打印的重大突破很困難，而生物3D打印的突破很明顯更多，并且極具應用潛力。在材料方面，近年來有多項研究聚焦在聚合物的回收利用，反應出研究界對該領域的重點關注，它可能會推動可回收使用3D打印聚合物材料的 商業化應用。最后就是結構和應用，可以看出研究界如今正更大力度的借助3D打印技術突破傳統行業應用中的瓶頸。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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