瑞士洛桑聯邦理工學院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）的科學家們最近開發出一種 3D 列印技術，能夠利用水凝膠做為模板，製造出超密度且耐用的金屬和陶瓷材料。這個創新過程首先建立一個水基凝膠支架，然後將其浸泡在金屬鹽中，這些金屬鹽會轉化為奈米顆粒，最終經過加熱形成堅固的固體結構。這種新方法所產生的材料比傳統製造方法更強韌，且不易變形。
傳統的3D列印技術，如光聚合技術，僅能使用光敏聚合物，這限制了可生產材料的類型。雖然有些技術試圖將列印的聚合物轉化為金屬或陶瓷，但EPFL的材料與製造化學實驗室負責人戴露·W·葉
（Daryl Yee）教授指出，這些材料的品質往往不理想，通常會出現多孔性，導致強度下降，且在製作過程中會出現過度收縮和變形的問題。
為了解決這些挑戰，葉教授及其團隊在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上發表的研究中，提出一種創新的方法。他們首先3D列印出一個由水基凝膠製成的框架，然後將其浸泡在金屬鹽中，這些金屬鹽會轉化為微小的金屬奈米顆粒，均勻分布在凝膠中。這個過程可以重複多次，以提高材料中的金屬濃度。經過5到10次的「生長循環」後，剩餘的水凝膠會透過加熱去除，留下完美複製原始凝膠形狀的金屬或陶瓷結構，最終形成的物體密度極高且耐用。
（圖片來源：Advanced materials ）
這項技術的特點在於，金屬鹽的引入是在列印步驟之後進行的，這使得同一個水凝膠模型可以轉化為多種金屬、陶瓷或複合材料。研究團隊展示了他們的技術能夠製造出強度高且形狀複雜的數學格子結構，並使用通用測試機對這些結構進行強度測試。研究顯示，這些新材料能夠承受的壓力是以往方法的20倍，且收縮率僅為20%，而傳統方法則高達60%至90%。
這項技術特別適合用於製造需要同時具備強度、輕量和複雜性的先進3D結構，如感測器、生物醫療設備或能源轉換和儲存設備。未來，研究團隊計劃進一步提高材料的密度，並加快生產速度，目標是透過自動化這些步驟來縮短總處理時間。
（首圖為銅注入水凝膠的橫切面，來源：EPFL）
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