本文提出“泛介质液态金属3D打印”原理与装备架构，旨在突破现有3D打印的介质限制，实现从气相、液相、柔性、生物组织到固体介质的全场景液态金属增材制造，为构建通用型3D打印中心提供理论基础与技术范式。
导 读
液态金属作为一种新兴的多功能材料，近年来在3D打印领域备受关注。然而，目前大多数3D打印技术多在空气环境中进行，当面临不同工作介质时需作复杂的调整，导致效率低且难以适应多样化智造需求。为此，本文创新性地提出了通用性增材制造策略——泛介质液态金属3D打印，将液态金属所有打印方式、墨水类型与工作介质集合到一起，突破了介质与应用对象壁垒，可望构建出高度集成的增材制造中心，为未来智造开辟普适性打印新路径。
图1 图文摘要
在制造业数字化与智能化浪潮的推动下，3D打印技术以其逐层叠加材料的创新理念，彻底颠覆了传统减材制造模式，从快速原型制造到功能部件加工等层面，正以前所未有的深度和广度重塑现代生产与生活方式。然而，现有的3D打印技术普遍受限于单一的墨水材料和工作介质，难以满足复杂结构部件对多功能集成、高精度制造和跨平台适配的迫切需求，也不易在目标对象如生物体、结构件与封装件中直接制造功能器件。液态金属凭借其优异的流动性、灵活的固液相变特性以及良好的可成形性，在3D打印领域展现出巨大潜力，极大扩展了传统的增材制造理念。本文通过集成液态金属在不同介质环境中的3D打印原理，解读墨水与介质间的相互作用机制，提出了具有普适性的泛介质液态金属3D打印理论与技术框架，为未来增材制造提供了统一、高效的解决方案。
泛介质理念显著丰富了液态金属3D打印墨水的材料范畴，涵盖从低熔点金属到高熔点金属、非金属乃至多组分复合材料。广而全的材料体系赋予了打印过程更多的灵活性和选择性，也为物化性能的精准调控提供了广阔空间，由此可构建出多材料、多介质、多技术的集成增材制造中心。例如，低熔点液态金属能够迅速固化形成稳定层，高熔点金属则适用于制造高负荷承载的结构部件，高、低熔点金属混合材料则可优化电导性与结构强度，物理化学外场的引入则满足了局域半导体单元的构筑，由此实现柔性电子和智能器件的多样化制造。
为实现全打印的理念，作者团队构建了一个统一性的“泛介质制造中心”。该中心不仅包括功能性墨水存储、介质库和可切换的高性能打印头系统，还配备智能控制单元，可实现从需求输入、介质匹配优化到最终打印产品输出的全流程自动化管理。通过该系统，不同种类的液态金属墨水可根据目标产品的要求，自动选择适宜的介质和打印策略，从而实现高效、精准和个性化的制造。液态金属泛介质制造中心的建立具有重要的理论和实践意义，其强大的适应性可满足复杂结构与多功能器件的制造需求，有力地推动了增材制造向智能化、个性化及跨界通用化迈进，继而实现普适性增材智造。
总结与展望
综上所述，液态金属泛介质3D打印理念不仅在原理上打破了传统制造中材料与介质的壁垒，更在实践层面展现了广阔的应用前景。通过构建集成化普适性打印技术、墨水材料及介质环境的制造中心，泛介质打印理念有望突破传统技术瓶颈，为智能制造与定制化加工技术的普及开辟全新路径。展望未来，随着新型液态金属材料、高性能复合墨水及智能控制系统的不断完善，该技术有望在柔性电子、嵌入式设备、在体打印以及大规模金属构件制造等领域实现广泛应用。
本文提出液态金属泛介质3D打印理念，建立普适性增材智能制造新范式，突破材料及加工环境限制，可跨介质相态实现按需制造。未来，拥有这样一台天工开物般的加工中心，实现万物创制或直接在目标对象中构筑功能器件不再是梦想。
扫二维码 | 阅读原文
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675825000165
本文内容来自Cell Press 合作期刊 The Innovation 第六卷第四期发表的Commentary文章“Pan-media liquid metal 3D printing” (投稿: 2024-11-27；接收: 2025-01-24；在线刊出: 2025-01-27）。
DOI：10.1016/j.xinn.2025.100813
引用格式：Shan X., Feng W., Guo M., et al. (2025). Pan-media liquid metal 3D printing. The Innovation 6: 100813.
作者简介
王雪林 北京航空航天大学医学科学与工程学院，助理教授，硕士生导师；博士毕业于清华大学生物医学工程系，斯坦福大学鲍哲南教授组访学；主要研究方向为低熔点金属生物医用材料，多功能低熔点合金的合成设计及表征，柔性电子与健康监护，肿瘤治疗与生物传热，3D打印与骨修复等；近年在Progress in Materials Science, National Science Review, Matter, Advanced Functional Materials等国际期刊以第一作者/通讯作者发表一系列高水平论文；现主持国自然青年基金、北京市自然科学基金项目、医工卓越创新计划项目等多个项目。
个人主页：http://shi.buaa.edu.cn/wangxuelin/zh_CN/index.htm
刘 静 清华大学与中科院理化所双聘教授；清华大学理工双学士（1992）及工学博士（1996）；曾入选中科院百人计划（1998）及国家杰出青年科学基金项目（2003）。长期从事液态金属与工程热物理、生物医学等方面交叉问题研究并作出系列开创性贡献。发现液态金属诸多全新科学现象、基础效应和变革性应用途径，开辟液态金属印刷电子/半导体/3D打印、液态金属芯片冷却、液态金属柔性机器人以及液态金属生物材料学等新方向，成果在世界范围产生广泛影响，为数百国际科学新闻和专业网站大量评介；出版和主编前沿著作20余部（多为领域首部），推动了前沿交叉学科的发展；研发的众多液态金属应用系统、高端肿瘤治疗装备康博刀系统及无线移动医学仪器等在国内外得到广泛应用。曾获国际传热界威廉•伯格奖、首届全国创新争先奖状、入选及入围两院院士评选中国十大科技进展各1次、CCTV年度十大科技创新人物，两度入选中科院科技成果在京转化先进团队特等奖。
