金屬在水中生長？水凝膠列印翻轉光固化技術

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2025/11/05 金屬在水中生長？水凝膠列印翻轉光固化技術

位於瑞士的聯邦理工學院(EPFL)研究團隊，成功開發出一種以水凝膠為基礎的金屬與陶瓷3D列印技術，能夠在水性凝膠中「培養出」高密度金屬結構，不僅能打造強度更高、結構更複雜的零件，更為能源、生醫和感測應用開啟全新的可能性！

銅離子水凝膠的剖面圖

從光固化到水凝膠的材料規則
傳統的槽式光固化(Vat Photopolymerization)技術主要使用感光樹脂，以雷射或UV光固化成型，雖然精度高，但受限於材料特性，難以製造金屬或陶瓷結構。過去嘗試將光固化結構轉換為金屬的方式，常導致孔隙多、收縮大、結構易變形等問題。

為了解決這些痛點，研究團隊提出全新思路——不再直接列印含金屬前驅物的樹脂，而是先列印一個簡單的水凝膠模型，再注入金屬鹽溶液，在化學反應中轉化為奈米金屬顆粒，逐層滲透、累積。經過5至10次的金屬注入與加熱後，水凝膠被燒蝕，留下高密度、低收縮、形狀穩定的金屬或陶瓷結構。

這項研究不僅讓3D列印金屬與陶瓷更容易、更低成本，也顛覆傳統流程——可在3D列印後決定材料的選擇。

epfl-redefine-vat-photopolymerization-metal-printing

大型鐵質陀螺體

強度提升20倍，減少一半變形
研究團隊以鐵、銀、銅製作出名為gyroid的複雜晶格結構，並以通用測試機進行強度測試。結果顯示，這項新技術製作的金屬結構，能承受比以往高出20倍的壓力，而收縮率僅為傳統方法的三分之一（20% vs 60–90%），表示未來可用更低成本與更高穩定性，打造航空、能源與精密醫療元件等高強度零件。

自動化與高密度新挑戰
目前研究團隊的重點在於加快製程效率。由於需重複多次金屬注入，他們正開發自動化系統，以機器手臂進行水凝膠注入與加熱控制，縮短整體製作時間，邁向工業化量產。

小型銀色陀螺儀

為何水凝膠成為3D列印新寵？
水凝膠因具備高相容性與可塑性，已廣泛應用於醫療列印、生物工程與太空材料研究。EPFL先前與瑞典烏普薩拉大學合作的研究已落實，透過列印後的水凝膠滲透技術，將透明結構轉化為具導電性和高填充率的複合材料。如今，這項「水中造金屬」技術更將3D列印推向跨領域製造的新高度，使未來金屬不一定要從粉末誕生——它可以從「水」中生長，也為3D列印產業開啟一條低成本、高性能、可持續的新路線。

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