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从Nature到KIT:两份前沿研究揭示的"多材料3D打印"新范式,PEP技术已有答案

从Nature到KIT:两份前沿研究揭示的"多材料3D打印"新范式,PEP技术已有答案
升华三维  2026-07-23  |  阅读:85 400-810-0069转1276

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翻阅2025年底到2026年初的前沿报道,增材制造领域接连出现了两篇值得关注的重磅研究:一个是发表在Nature Communications和的SPEDT技术,一个是德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)展示的CeraMMAM项目。都不约而同好指向了同一个方向:多材料、多属性的"一体化"3D打印。


读完这两篇研究,我的第一反应是:这些国际前沿正在攻克的方向,粉末挤出打印技术(PEP)其实已经走出了自己的路。


前沿一:SPEDT——不需要激光的金属3D打印

2025年11月,新疆大学张岩教授团队一篇发表于Nature Communications的研究引发了增材制造圈的广泛讨论。研究团队提出了一种名为“自传播能量沉积技术(SPEDT)”的全新打印方法。


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这项技术的颠覆之处在于:它完全不需要激光或电子束等外部热源。取而代之的是利用氧化铜和铝之间的氧化还原反应——只需施加极小电流引燃,反应自发放热即可生成纯铜液态金属,温度瞬间达到1083℃以上。更关键的是,研究团队实现了多组分梯度材料的高通量同步打印——在一个零件中,不同位置可以拥有完全不同的材料组成和性能。


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PEP视角解读:SPEDT"无需激光、化学自驱"的思路,与PEP技术"低温成型、高温成性"的底层逻辑有着异曲同工之处——都是绕开了直接金属3D打印中"高温熔融"带来的热应力、裂纹、孔洞等固有问题。但PEP走的是另一条路:通过将金属/陶瓷粉末与粘结剂混合制成颗粒喂料,在螺杆挤出阶段(低温)完成结构成型,再统一通过脱脂烧结(高温)实现致密化。相比SPEDT目前仅适用于铝热反应体系(CuO+Al→Cu),PEP的材料体系要广阔得多——凡是粉末冶金可用的金属和陶瓷粉末,理论上都能适配。


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▲梯度功能材料打印设备及工艺原理 ©升华三维


如果该团队拿到一台升华三维的梯度功能材料打印机UPR-241:其三螺杆双组分单喷嘴系统可以实时调控两种材料的混合比例,实现连续梯度过渡。这恰好解决了SPEDT研究中一个未被充分解决的问题——如何实现更精细的组分梯度控制和更平滑的材料过渡界面。两者若能结合,将打开"化学自驱+机械精控"的梯度材料制造新范式。


前沿二:KIT CeraMMAM——多材料陶瓷的"万能粘结剂"

2026年4月,德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)在汉诺威工业博览会上展示了其CeraMMAM (Ceramic Multi Material Additive Manufacturing) 项目的最新成果:一种通用型粘结剂系统,可以在单次打印中同时处理不同的陶瓷材料,甚至实现陶瓷与金属的组合。


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©卡尔斯鲁厄理工学院


这项技术的核心创新在于:开发了一种"万能"光敏树脂粘结剂体系,能将不同种类的陶瓷颗粒(或陶瓷+金属颗粒)统一悬浮在光敏浆料中,通过光固化逐层成型,随后脱脂烧结获得多材料复合部件。KIT展示的原型包括"柔性内芯+超硬表面"的陶瓷齿轮——这在传统制造中需要多道工序,现在一步到位。


PEP视角解读:KIT CeraMMAM的核心思路——用统一粘结剂承载不同粉末、打印后统一脱脂烧结——正是PEP技术自诞生起就坚持的工艺路径。区别在于:CeraMMAM走的是光固化路线(Vat Photopolymerization),而PEP走的是材料挤出路线(螺杆挤出)。两种路线在"多材料复合"这件事上各有千秋:


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如果KIT团队用PEP路线来重新设计CeraMMAM:他们不需要费力开发"万能光敏粘结剂"——因为PEP的蜡基粘结剂体系本身就具备广谱材料兼容性,粉末冶金领域的金属和陶瓷粉末几乎不需要额外处理就能直接混炼造粒。而且PEP的双喷嘴系统可以做到金属和陶瓷在同一打印件中自由切换,这是光固化路线目前还做不到的。


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▲双材料复合打印样件 ©升华三维


两条前沿,一个信号

把这两份最新研究放在一起看,一个清晰的信号浮出水面:增材制造正在从"单一材料、单一属性"走向"多材料、梯度属性、一体化制造"。


这恰恰是升华三维粉末挤出打印技术(PEP)自2017年成立以来持续深耕的方向:


PEP技术持续深耕的方向

Nature Communications上的SPEDT技术说"不需要激光也能3D打印金属" —— PEP早已做到了,而且材料范围远超铝热反应体系。

KIT的CeraMMAM项目表示"用统一粘结剂实现陶瓷-金属组合"——PEP的蜡基粘结剂+独立双喷嘴方案已经走到了产业化阶段。

两份研究都在追求"梯度功能材料"——升华三维UPR-241已经实现了金属-金属、陶瓷-陶瓷、金属-陶瓷的连续梯度打印。


前沿科研与产业实践之间的"时差"正在缩短。对于关注多材料3D打印的从业者来说,与其等待实验室里的技术成熟,不如看看产业端已经跑通的方案。

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