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笔者发现，2025年发表在Science和Nature正刊上的，与3D打印技术相关的研究多达十余篇。就总数量而言，跟2024年一致，同样一致的还有这些研究的主要参与者，都有8篇出自中国学者之手。

它们分别涉及3D打印新工艺、新材料、新结构、机理探讨，同时也有多项研究属于借助3D打印技术实现了其他行业的重大创新突破，但后者并不能称之为3D打印技术本身的重大进展。接下来，笔者将按照这些研究所聚焦的不同类型，分别进行介绍。

No1. 聚焦金属3D打印机理研究，改善成形质量

伦敦大学学院的中国学者XIANQIANG FAN等人在Science发表了题为“Magnetic modulation of keyhole instability during laser welding and additive manufacturing”的文章。

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

这项研究聚焦金属3D打印的机理，探索激光粉末床熔融（LPBF）过程中使用磁场来减轻钥匙孔孔隙度。通过高速同步辐射X射线成像技术，并结合横向磁场实验，揭示了匙孔不稳定性的形成机制，与此同时验证了磁场能够通过热电磁流体动力学效应调控熔池内的流动行为，从而有效抑制气孔的产生。

熔池随磁场流动和无磁场流动

该研究不但给激光焊接与LPBF技术里的匙孔不稳定问题，带来新的解决办法，还为将来制造技术的发展提供关键的理论支撑；借由磁场操控匙孔动态的方式，有希望在不更改材料成分的基础上，大幅提升制造零件的品质与性能。

No2. 开发出可循环3D打印聚合物

来自浙江大学的谢涛教授和郑宁教授团队在science发表了题为“Circular 3D printing of high-performance photopolymers through dissociative network design”的文章。

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

这项研究聚集于3D打印聚合物的循环使用。传统光固化3D打印依赖于丙烯酸酯类单体的自由基连锁聚合，所获得的聚合物网络无法解聚，给企业生产和环境带来了巨大负担。这项研究的重要突破在于，研究人员通过特殊的光聚合物网络设计方法，实现了高性能聚合物的循环3D打印。

硫醇与芳香醛的可逆光点击化学反应

这项技术不仅能够制造出具有高机械性能的3D打印产品，同时能够解决传统3D打印聚合物难回收、无法循环使用，进而造成大量浪费以及污染的问题。

No3. 开发出可循环3D打印热固塑料

来自美国康奈尔大学的研究人员，在nature发表了题为“Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer（通过单一单体的正交聚合制备可降解热固性塑料）”的文章，它同样聚焦聚合物循环3D打印的话题。

热固性塑料具有优异的热稳定性和机械性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造和生物医学等领域。但此类材料通常不可熔化后重新加工。

从DSF中合成可降解的热固性有机化合物

该研究开发了一种可循环3D打印的热固性材料，打印后的材料可以通过酸水解、热解聚和氧化降解等多种方法，实现选择性、顺序性的降解，降解产物能够重新聚合成新材料，形成了一个闭环的再利用过程。该研究的意义在于，它为热固性材料的合成提供了新的方法，对于减轻环境负担有重要意义。

No4. 聚焦生物3D打印技术与应用

来自加州理工学院的高伟教授团队研发出了一款超声引导的3D打印技术平台，其借助聚焦超声以及超声响应生物墨水，可以直接在体内精准打印生物材料。这些生物墨水（也称超声墨水）融合了生物聚合物、成像造影剂与携带交联剂的温敏脂质体，能经注射或导管传送至体内深处的目标组织部位。

因此，从原理说该技术可以在体内制造医疗植入物，并为体内深层组织提供定制治疗，而无需进行侵入手术。研究人员成功在小鼠膀胱病变部位附近以及兔子肌肉组织深处3D打印了载药功能性生物材料，验证了这项技术，展示了其在药物输送、组织再生和生物电子学方面的潜在应用。特别需要指出的是，此部分解读仅介绍该研究的学术内容，距离实际应用还很遥远。

该研究以“Imaging-guided deep tissue in vivo sound printing”为题发表在science。

No5. 开发出自感知3D打印技术

荷兰乌得勒支乌得勒支大学医学中心的研究人员，开发出了一种称之为GRACE的新型3D打印技术，它是一套集“感知-分析-决策-执行”于一体的闭环系统，具有自我感知并调整打印策略的能力，完全不同于现有的3D打印工艺。

这项新工艺主要面向生物医学领域。它能够主动感知打印环境、打印材料的内部特征等 “周边关联信息”，并基于这些信息动态调整打印策略，能够精准识别细胞分布并生成血管网络、实现多组织模型的自动对齐打印，还可以在现有结构上进行精准的非侵入式打印。

这项技术也为开发具有反馈机制的自适应3D打印技术的发展提供了思路。具体解读请点击文章题目“Adaptive and context-aware volumetric printing” 。

No6. 革新双光子光刻3D打印技术

来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的中国博士后研究员Songyun Gu等人，将传统双光子光刻3D打印机一个多月才能完成的任务，缩短至不到两个小时，并且极大提升了制造精度。

解决了双光子光刻3D打印技术制造复杂三维纳米结构时遇到的「打印分辨率和打印速度」之间相互矛盾的问题，大幅提高了效率、打印面积以及结构复杂度。对微电子、生物医学、量子技术等这些对复杂三维纳米结构有极大需求的领域有重要影响。

这篇以“3D nanolithography with metalens arrays and spatially adaptive illumination”为题的文章在nature发表。

No7. 聚焦先进结构设计

本年度3D打印技术领域第1篇Science文章聚焦先进结构设计，介绍了一种新型的架构材料——3D多联结构材料（PAMs），它在刺激响应、能量吸收和变形方面超越了传统架构材料，在航空航天、生物医疗和机器人领域具有潜在应用价值。研究团队实现了对这种结构的精确设计，并使用脆性丙烯酸聚合物3D打印制造了N×N×N阵列的3D多联结构。

3D打印技术让研究人员能够精确控制PAMs的几何形状和拓扑结构，从而研究所设计的结构在不同加载条件下的力学响应。

论文指出，这项研究为创造具有前所未有的力学性能和响应控制的架构材料奠定了基础。本文第一作者为加州理工大学的博士后、中国学者周文杰，文章题目为“3D polycatenated architected materials”。

No8. 聚焦先进超材料结构开发

来自普林斯顿大学的赵拓等人，借助多材料3D打印技术开发出了一种具有多模态变形机制的模块化手性折纸超材料，它在力学、热学、光学等多个领域具有重要应用潜力，实现了突破性的进展。

所开发的超材料结构能够在三维空间实现自由变形，通过单一控制即可实现平动+扭转的复合运动，还能在三个方向自由伸缩膨胀。它的创新在于模块化组装方式，能像乐高积木一样自由更换组件：既能调整出近零/负泊松比等特殊性能，又能预设多种稳定状态。

这项研究可以应用于机器人变压器、热调节、滞回回路中的机械记忆、非交换态跃迁以及用于能量吸收和信息加密的功能组件。研究以“Modular chiral origami metamaterials” 为题发表在nature。

No9. 聚焦先进热电器件开发

奥地利科学技术研究所的中国学者Shengduo Xu博士等人，通过挤出式3D打印技术，结合界面键合优化策略，成功制备出一种高性能热电材料，并组装出能够在空气中实现制冷温差达50°C的制冷器件。

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

新闻评论指出，此突破不仅显著降低了热电材料的生产成本，使之达到了商业级性能水准，而且极大程度地削减了材料与能源的损耗，并有效缩短了生产周期。这项研究为电子产品及可穿戴设备中的多样化冷却需求提供了极具扩展性的解决方案，同时，也为烧伤护理及废弃能量回收策略等前沿医疗领域开辟了新的道路。

合成工艺和性能

凭借所展现出的商业级卓越性能，这项研究成果有望超越学术范畴，展现出深远的实际应用价值，进而吸引那些致力于技术创新与应用的行业伙伴的广泛关注与兴趣。本篇研究的题目为“Interfacial bonding enhances thermoelectric cooling in 3D-printed materials”。

No10. 3D打印助力量子技术研究

来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)等机构的团队，利用3D打印技术首次将量子计算领域的一个名为四极离子阱的部件实现了小型化制造，这被认为是量子计算领域的一次重大突破。

研究人员设计并微型化设计了毫米级的离子阱，采用超高分辨率双光子聚合(2PP)3D打印技术制造，采用3D打印技术可以在14小时内从零开始可靠的3D打印出一个微型离子阱，而且可以让研究人员测试各种设计，极大地扩展了可实现的离子阱几何形状范围，并提高了其复杂性。

3D打印离子阱的过程

共同第一作者夏晓星提到，““量子计算是3D打印技术发挥价值的重要领域，因为它们拥有其他制造技术无法提供的超高分辨率、精细特征和复杂3D几何形状制造能力，可以制造出像目前处理器这样的高集成度系统。”

3D打印离子阱的SEM图像

该研究以“3D-printed micro ion trap technology for quantum information applications”为题发表在Nature。

No11. 3D打印助力解决光伏技术难题

杭州纤纳光电科技股份有限公司以第一通讯单位身份，在Science发表了题为“3D Laminar Flow-Assisted Crystallization of Perovskites for Square Meter-Sized Solar Modules”的研究。

该公司利用3D打印技术制造了可定制内部结构的层流空气干燥器，解决了大面积钙钛矿薄膜干燥难题，从根本上解决了钙钛矿组件生产良率低的问题，并大幅改善了组件的光热稳定性。而使用3D打印技术，是因为该技术可以定制生产层流空气干燥器的内部结构。

No12. 3D打印技术助力动物行为研究

自英国诺丁汉大学的研究人员，在nature发表了题为“Mapping the adaptive landscape of Batesian mimicry using 3D-printed stimuli” 的文章。

该研究的核心是借助3D打印技术，制造高度逼真的假昆虫形态，来测试捕食者对不同拟态表型的反应。他们使用HP Jet Fusion 580 3D打印机，制作出了高分辨率彩色实体模型，能够使翅、触角等细节结构达到生物学真实性。

对于该领域的研究人员来说，3D打印技术提供了重要帮助。 传统制作这种假昆虫的办法会使用真实标本或人工涂色，效果不理想。但通过3D打印技术可以轻松实现对拟态表型的精确操控，可以独立或组合调整形状、颜色、图案和尺寸四个视觉特征，从而创造出自然界中不存在的"假设性"拟态表型。

END

从总结来看，今年Science和Nature正刊的3D打印技术研究涵盖了与这项技术相关的工艺、材料、结构、应用各个方面。

在工艺方面，金属3D打印的重大突破很困难，而生物3D打印的突破很明显更多，并且极具应用潜力。在材料方面，近年来有多项研究聚焦在聚合物的回收利用，反应出研究界对该领域的重点关注，它可能会推动可回收使用3D打印聚合物材料的商业化应用。最后就是结构和应用，可以看出研究界如今正更大力度的借助3D打印技术突破传统行业应用中的瓶颈。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#science #nature #3D打印

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