3D納米打印技術將陶瓷轉化為高性能材料，用于疾病檢測和航空航天領域

導讀：一種全新的陶瓷制造方法的開發(fā)和應用，可能會對多個領域產生深遠的影響，包括醫(yī)療診斷、水處理和航天技術等。

△相關研究結果已發(fā)表在《Advanced Science》期刊上，為3D打印在高性能傳感、過濾、微電子封裝、催化和組織再生等領域的應用打開了新的大門。題目為“3D-AJP：通過無粘合劑和無輔助氣溶膠噴射3D納米打印制造先進微結構多材料陶瓷結構”（傳送門）

2025年2月18日，南極熊獲悉，在3D打印技術的最新進展中，3D-AJP（氣溶膠噴射3D納米打印）技術成功解決了陶瓷材料制造中的一個重大難題。由卡內基梅隆大學領導的研究團隊開發(fā)的這項技術，不僅能夠制造出高度復雜的微尺度陶瓷結構，而且實現(xiàn)了前所未有的尺寸控制精度和最小化收縮率。

卡內基梅隆大學機械工程學教授、本研究的主要作者Rahul Panat闡述道：“采用傳統(tǒng)制造技術，無法加工出如此微小且精確的陶瓷結構，這些結構在加工過程中極易碎裂。”

△3D-AJP示意圖：氣溶膠噴射3D納米打印復雜的3D陶瓷微結構，收縮率接近于零

3D-AJP技術推動陶瓷打印在環(huán)保和醫(yī)療中的應用

陶瓷材料因韌性低、硬度高而難以制造，但獨特的性能使它成為許多高科技應用的理想選擇之一。盡管增材制造技術已經(jīng)能夠生產復雜的陶瓷結構，但它們通常面臨著特征尺寸精確控制和微尺度高收縮之間的挑戰(zhàn)。3D-AJP技術成功克服了這些限制，實現(xiàn)了對特征尺寸至20微米的精確控制，且縱橫比高達30:1，燒結時的線性收縮率僅為2-6%，為制造高精度陶瓷部件提供了可能。

△3D-AJP展示具有多級長度尺度和多材料能力的復雜三維陶瓷微結構

該技術利用幾乎無粘合劑的納米顆粒墨水，在Aerosol Jet 3D打印機中進行打印，無需輔助支撐結構，從而簡化了制造過程。此外，3D-AJP技術還展示了它在制造雙材料3D結構和混合陶瓷方面的多功能性，包括氧化鋅/氧化鋯、氧化鋅/二氧化鈦、二氧化鈦/氧化鋯等。

△使用通過陶瓷3D-AJP技術制造的傳感器檢測Her2乳腺癌生物標志物

研究團隊展示了3D-AJP技術在兩個關鍵領域的應用潛力。在環(huán)保方面，3D打印的陶瓷光催化劑在水凈化過程中的光催化效率比傳統(tǒng)塊狀陶瓷提高了400%。在醫(yī)療領域，研究團隊開發(fā)了一種用于乳腺癌檢測的高靈敏度Her2生物標志物傳感器，該傳感器實現(xiàn)了22秒的快速響應時間，并創(chuàng)下了0.0193飛摩爾(fM)的超低檢測限紀錄。

這些成果預示著3D-AJP技術將引領陶瓷材料在高性能傳感、過濾、微電子封裝、催化和組織再生等領域的應用，為相關行業(yè)帶來革命性的進步。隨著這一技術的不斷成熟和應用拓展，我們有理由期待3D打印在未來的高科技發(fā)展中扮演更加重要的角色。