3D纳米打印技术将陶瓷转化为高性能材料，用于疾病检测和航空航天领域

导读：一种全新的陶瓷制造方法的开发和应用，可能会对多个领域产生深远的影响，包括医疗诊断、水处理和航天技术等。

△相关研究结果已发表在《Advanced Science》期刊上，为3D打印在高性能传感、过滤、微电子封装、催化和组织再生等领域的应用打开了新的大门。题目为“3D-AJP：通过无粘合剂和无辅助气溶胶喷射3D纳米打印制造先进微结构多材料陶瓷结构”（传送门）

2025年2月18日，南极熊获悉，在3D打印技术的最新进展中，3D-AJP（气溶胶喷射3D纳米打印）技术成功解决了陶瓷材料制造中的一个重大难题。由卡内基梅隆大学领导的研究团队开发的这项技术，不仅能够制造出高度复杂的微尺度陶瓷结构，而且实现了前所未有的尺寸控制精度和最小化收缩率。

卡内基梅隆大学机械工程学教授、本研究的主要作者Rahul Panat阐述道：“采用传统制造技术，无法加工出如此微小且精确的陶瓷结构，这些结构在加工过程中极易碎裂。”

△3D-AJP示意图：气溶胶喷射3D纳米打印复杂的3D陶瓷微结构，收缩率接近于零

3D-AJP技术推动陶瓷打印在环保和医疗中的应用

陶瓷材料因韧性低、硬度高而难以制造，但独特的性能使它成为许多高科技应用的理想选择之一。尽管增材制造技术已经能够生产复杂的陶瓷结构，但它们通常面临着特征尺寸精确控制和微尺度高收缩之间的挑战。3D-AJP技术成功克服了这些限制，实现了对特征尺寸至20微米的精确控制，且纵横比高达30:1，烧结时的线性收缩率仅为2-6%，为制造高精度陶瓷部件提供了可能。

△3D-AJP展示具有多级长度尺度和多材料能力的复杂三维陶瓷微结构

该技术利用几乎无粘合剂的纳米颗粒墨水，在Aerosol Jet 3D打印机中进行打印，无需辅助支撑结构，从而简化了制造过程。此外，3D-AJP技术还展示了它在制造双材料3D结构和混合陶瓷方面的多功能性，包括氧化锌/氧化锆、氧化锌/二氧化钛、二氧化钛/氧化锆等。

△使用通过陶瓷3D-AJP技术制造的传感器检测Her2乳腺癌生物标志物

研究团队展示了3D-AJP技术在两个关键领域的应用潜力。在环保方面，3D打印的陶瓷光催化剂在水净化过程中的光催化效率比传统块状陶瓷提高了400%。在医疗领域，研究团队开发了一种用于乳腺癌检测的高灵敏度Her2生物标志物传感器，该传感器实现了22秒的快速响应时间，并创下了0.0193飞摩尔(fM)的超低检测限纪录。

这些成果预示着3D-AJP技术将引领陶瓷材料在高性能传感、过滤、微电子封装、催化和组织再生等领域的应用，为相关行业带来革命性的进步。随着这一技术的不断成熟和应用拓展，我们有理由期待3D打印在未来的高科技发展中扮演更加重要的角色。