一、材料性能突破：从“低效”到“高性能”的跨越
- 热电材料：打破ZT值瓶颈
传统热电材料制造依赖高能耗工艺（如单晶生长），且难以实现复杂结构。2025年，奥地利科技学院团队通过界面键合策略，利用3D打印制备出高性能热电材料：- p型(Bi,Sb)₂Te₃：室温ZT值达1.42，接近传统块体材料最高水平；
- n型Ag₂Se：ZT值为1.3，且在50%孔隙率下仍保持优异电输运性能。
技术核心：通过墨水配方优化（如Ag₂Se的自连接烧结）和界面化学键合，在多孔结构中构建高效电荷通道，同时利用孔隙散射声子降低热导率。这一突破使3D打印热电冷却器（TEC）可直接制造复杂几何结构（如微柱阵列），适用于CPU/GPU散热、可穿戴设备等场景。
- 可持续材料：从“不可降解”到“绿色循环”
康奈尔大学团队通过单一生物基单体（2,3-二氢呋喃）的正交聚合，开发出性能可调、可降解的热固材料：- 精确调控光照时间、催化剂浓度等参数，可制备从软到硬、从脆到韧的材料；
- 材料具有智能降解特性，可通过热、酸、氧化等途径选择性降解，并实现单体高效回收。
应用前景：汽车、航空航天、建筑等领域，推动循环经济与绿色制造。
二、材料种类拓展：从“单一”到“多元”的融合
- 高填充聚合物：突破50%填料极限
高填充聚合物（粒子/短纤维含量＞50%）在3D打印中面临孔隙率高、流动性差等挑战。研究揭示四大核心问题：- 工艺诱导孔隙率：固液界面不兼容导致粘结剂与粒子脱粘；
- 固液界面特性：粒子表面粗糙度、化学性质影响材料流变学；
- 设备限制：高粘度材料需定制化螺杆设计与耐磨喷嘴；
- 原位监测：需开发先进传感器实时监控打印质量。
突破方向：通过材料科学、工艺工程、设备创新与智能监测协同发力，实现梯度陶瓷部件、高能量密度电池组件等高端应用。
- 生物材料：从“模型”到“活体组织”
- 细胞3D打印：利用生物墨水（含干细胞、生长因子）打印心脏组织、皮肤等，如以色列特拉维夫大学打印的微型心脏含血管网络；
- 可降解支架：新加坡国立大学开发个性化牙龈移植物，细胞存活率超90%，修复周期缩短至4周；
- 药物递送系统：3D打印微针贴片实现无创疫苗接种，并监测血糖水平。
三、应用边界拓展：从“原型制造”到“终端产品”
- 航空航天：轻量化与功能集成
- 整体化结构：3D打印将多个构件组合为单一零件，减少组装工序，如波音公司打印的燃油喷嘴；
- 高性能材料：钛合金、镍基合金打印的涡轮叶片，减轻重量30%的同时提升耐高温性能。
- 医疗领域：从“定制化植入物”到“器官再生”
- 骨科植入物：华西医院3D打印生物型人工膝关节，结合患者骨强度分布定制多孔结构，使用寿命延长至15年以上；
- 器官芯片：利用3D打印构建含血管网络的肝芯片，加速药物毒性测试。
- 建筑行业：从“模型”到“实体建筑”
- 3D打印混凝土：通过纳米材料改性（如硅灰、纳米二氧化硅）降低干燥收缩率34.9%，实现曲面墙体、镂空结构直接打印；
- 生态建筑：意大利BigDelta打印机用黏土、秸秆打印100%可降解房屋，每平方米成本降至500元以下。
四、未来趋势：材料科学与技术的协同进化
- 多材料共打印：结合金属、陶瓷、聚合物等材料特性，实现功能梯度结构（如航天器热防护系统）；
- AI辅助设计：通过机器学习优化墨水配方与打印参数，加速新型材料开发（如自修复材料）；
- 极端环境应用：开发耐高温（＞1000℃）、耐辐射材料，支持核能、深空探索等领域需求。