無需使用粉末或復合漿料即可實現陶瓷3D打印？勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）博士生兼研究實習生NatalieYaw對此展開深入研究，其成果近日發表于《無機化學前沿》期刊。該技術基于新興的水凝膠注入增材制造（HIAM）工藝，為陶瓷成型提供了全新解決方案。

    突破傳統鑄造局限

    陶瓷材料因其卓越的耐熱性、耐化學腐蝕性和機械性能，在航空航天、電子及核能等領域具有不可替代的地位。然而，其成型工藝長期面臨效率低、靈活性差等問題，傳統技術難以滿足復雜構件的制造需求。

    增材制造技術雖能提供更大的設計自由度并減少材料浪費，但陶瓷3D打印的難度遠超塑料。現有方法多依賴含電荷的陶瓷墨水，這類材料存在處理困難、穩定性差等瓶頸。

    創新工藝：從凝膠到陶瓷的轉化

    NatalieYaw提出的工藝路線顛覆傳統：首先3D打印光敏樹脂基聚合物凝膠，隨后將其浸泡于金屬鹽溶液中轉化為離子水凝膠。經燒制（燒結）工藝去除有機組分后，金屬鹽轉化為金屬氧化物，最終形成陶瓷結構。

    這種分階段處理模式帶來多重優勢：

    規避粉末處理難題：完全避免直接操作陶瓷粉末或高粘度墨水

    性能可控性提升：通過調節凝膠成分及金屬前驅體類型，精準控制陶瓷的密度、孔隙率及力學性能

    材料適應性擴展：支持多材料復合，為功能化陶瓷開發開辟新路徑

    研究證實，凝膠配方與金屬前驅體的選擇對最終陶瓷的微觀結構與機械性能具有顯著影響。通過參數優化，可實現針對特定應用場景的定制化開發，這一特性在核能或航空發動機等高端領域極具應用價值。

    跨學科協作的典范

    該研究體現了LLNL實驗室的協同創新模式。作為暑期研究實習生，NatalieYaw在研究員MarylineKerlin指導下完成該項工作，并以第一作者身份發表首篇學術論文。研究過程中，多學科團隊的深度交流為其提供了全新研究視角。

    "與不同領域專家探討時，我多次產生'尤里卡'時刻，"NatalieYaw表示，"這些碰撞讓我從更宏觀的維度重新審視項目。"

    盡管HIAM技術目前仍處于基礎研究階段，但其展現出的易用性、高精度與可持續性，預示著陶瓷3D打印可能迎來革命性變革。這項技術有望重新定義高性能材料的設計范式，推動航空航天、能源等領域的創新發展。