重磅匯總！2025年上半年Nature 3D打印領(lǐng)域研究進(jìn)展

2025年上半年，Nature期刊的3D打印研究以其跨學(xué)科、創(chuàng)新性的特點，展現(xiàn)了這一技術(shù)在科學(xué)研究中的革命性潛力，研究涵蓋了生態(tài)模擬、精密醫(yī)療、材料科學(xué)等領(lǐng)域，可以說，3D打印技術(shù)正在突破傳統(tǒng)學(xué)科邊界，為解決復(fù)雜科學(xué)問題提供前所未有的解決方案。研究不僅僅停留在技術(shù)層面，更體現(xiàn)了科學(xué)界面對全球性挑戰(zhàn)時的創(chuàng)新精神和跨界協(xié)作能力，標(biāo)志著3D打印正從一種制造技術(shù)，逐漸發(fā)展成為一種強(qiáng)大的科學(xué)研究工具。

一、可降解熱固材料

2025年1月，康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊針對熱固材料的可持續(xù)發(fā)展，提出了一種具有革命性意義的合成新方法，為材料科學(xué)領(lǐng)域帶來重大突破。他們的研究題目為：
Degradable thermosets via orthogonal polymerizations of a single monomer（通過單一單體的正交聚合制備可降解熱固性材料）。



傳統(tǒng)熱固材料因其不可回收性和環(huán)境持久性而備受詬病，該研究提供了一種全新的材料合成范式：通過精確的催化控制，實現(xiàn)材料性能的精準(zhǔn)"定制"，并賦予材料可降解和可回收性能。研究團(tuán)隊利用單一生物基單體，在光催化和金屬催化的協(xié)同作用下，成功制備出性能可調(diào)、可降解的熱固材料。

這一突破拓展了材料科學(xué)的邊界，還為可持續(xù)材料設(shè)計提供了全新思路。研究成果有望在汽車、航空航天、建筑等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，對推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色制造具有重要意義。同時，這項研究可以被視為3D打印材料科學(xué)的一個重要突破，特別是在可持續(xù)和高性能材料方面，為3D打印技術(shù)提供了一種全新的材料解決方案。




研究亮點
●首次實現(xiàn)從單一生物基單體2,3-二氫呋喃(DHF)制備可精確調(diào)控、可降解的熱固材料
●精確調(diào)節(jié)光照時間、催化劑濃度等關(guān)鍵參數(shù)，可制備從軟到硬、從脆到韌的不同性能材料
●材料具有智能降解特性，可通過熱、酸、氧化等多種途徑選擇性降解，并實現(xiàn)單體的高效回收再利用

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08386-w

二、3D打印多模態(tài)手性變形元件：解耦驅(qū)動新范式



2025年4月，來自普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊通過精密的3D打印技術(shù)，突破性地設(shè)計了一種模塊化手性變形元件，研究題目為Modular chiral origami metamaterials（模塊化手性折紙超材料）傳統(tǒng)3D打印材料往往受限于單一變形模式，而該研究通過創(chuàng)新的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了在單自由度驅(qū)動下多維度變形的可能性。研究團(tuán)隊利用高精度3D打印工藝，精確控制元件的微觀結(jié)構(gòu)，使其能在單一驅(qū)動下同時實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、收縮和高度變化。



研究亮點
●首次通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)具有解耦驅(qū)動的多模態(tài)變形元件，在單一驅(qū)動下可實現(xiàn)0°-90°扭轉(zhuǎn)、25%的面內(nèi)收縮和超過50%的高度收縮
●開發(fā)了一種高度模塊化的3D打印裝配策略，可精確控制局部結(jié)構(gòu)的手性特性和載荷容量，為定制化智能材料提供新方法
●展示了3D打印多模態(tài)變形元件在可重構(gòu)機(jī)器人、軟體機(jī)械、熱adaptive系統(tǒng)和信息加密等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景

相比傳統(tǒng)制造方法，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的精確制造，這項研究充分體現(xiàn)了這一優(yōu)勢，為智能材料和可變形結(jié)構(gòu)設(shè)計開辟了新的路徑。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08851-0

三、3D打印揭秘：擬態(tài)昆蟲的進(jìn)化密碼



2025年7月，來自諾丁漢大學(xué)的研究利用3D打印技術(shù)，深入探討了巴特斯擬態(tài)模仿系統(tǒng)中的復(fù)雜進(jìn)化機(jī)制。研究團(tuán)隊通過3D打印精密制作不同相似度的擬態(tài)昆蟲模型，考察了捕食者對這些模型的識別和選擇行為。他們創(chuàng)新性地使用3D打印技術(shù)，生成了從低相似度到高度精確的擬態(tài)昆蟲模型，并測試了鳥類和無脊椎動物捕食者對這些模型的行為反應(yīng)。





研究亮點
●首次使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建精確可控的擬態(tài)昆蟲模型，實現(xiàn)了對擬態(tài)準(zhǔn)確性的細(xì)致操控
●發(fā)現(xiàn)鳥類對擬態(tài)昆蟲有極強(qiáng)的識別能力，顏色和大小是最關(guān)鍵的模仿特征
●證明不同捕食者（鳥類、螳螂、跳蛛、蟹蛛）對擬態(tài)準(zhǔn)確性有不同的敏感程度


這項研究通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計，量化了擬態(tài)準(zhǔn)確性對生存的影響，闡明了不同捕食者在擬態(tài)識別中的差異性策略，為理解自然選擇和進(jìn)化適應(yīng)性提供了實驗證據(jù)和定量分析方法。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09216-3