赛道洞察

打出来的电池、能冲掉的“支撑”——西北大学这个新工艺，把3D打印的两难给解了

做3D打印这行的，多少都被一个老问题折磨过：要速度还是要材料？

光固化确实快，细节也好，但它挑食——只能用稀的、透光性好的树脂。你想打含颗粒的功能性材料？光透不过去。挤出/直写成型（DIW）反过来，膏状的、颗粒填充的油墨都能打，可它得一根线一根线地描，想打细的地方就得换细喷嘴，喷嘴一细又容易堵。速度、精度、材料，三样里你只能挑两样。

2026年11月，美国西北大学麦考密克工程学院Ryan Truby团队在《Science·进展》（Science Advances）上发了一篇论文，题目是《Rapid, voxel-based 3D printing with yield-stress fluid inks》。他们提出了一种叫DIAL（直接油墨增材光刻，Direct Ink Additive Lithography）的新工艺，就是冲着这个老矛盾去的。

工艺不难懂，妙处在细节

DIAL的流程说起来三步就走完了：

膏状油墨先通过狭缝模喷嘴挤到打印平台上，然后一把刮刀刮过去，把油墨刮成一层薄得只有50微米的均匀薄片；接着，一台DLP光机把图案化的405纳米紫外光投到这层薄片上，该硬的地方硬化，不该硬的地方留着不动。一层打完，再铺一层，如此往复。

关键在油墨上。团队用的是掺杂气相二氧化硅纳米颗粒的聚氨酯基光固化树脂，这种油墨有典型的屈服应力特性——像牙膏、像奶油奶酪：静止时能自己撑住形状，受力时又肯流动。刮刀刮过的时候它临时变软，刮刀一走立刻恢复刚度。

这一下就解决了一个大麻烦。未固化的油墨本身就成了支撑材料，悬空结构不用再额外打印支架，打完把残余油墨一冲就掉，冲下来的油墨还能回收再用。论文一作、机械工程博士生普拉纳夫·卡尔蒂克（Pranav Kaarthik）说得很实在：打复杂零件不加支撑会直接塌，可拆支撑的时候，“有时候会直接毁掉我们精心制备的微细特征”。

另外一个容易被忽略的点：因为光只需要穿透一层50微米的薄片，而不是整个树脂缸，所以不透光、重颗粒填充的油墨也能打——这正是光固化路线的老大难。分辨率不再由喷嘴直径决定，而是由投影像素和层厚决定。

实测数据：快4倍，壁厚150微米

实验室的对比数据相当有说服力：

一个60×40毫米的多孔网格结构，DIAL用30分钟打完，传统挤出工艺要124分钟，快了4倍还多，而且棱角更锐利、缺陷更少；

打出了壁厚仅150微米的点阵晶格，传统挤出做不出来；

打了互锁链甲（chain mail）结构，环环相扣、可以相互活动的那种，连杆约250微米粗——挤出和光固化打这种结构都费劲；

用离子凝胶油墨一次跑了15个回转体结构电解质晶格，全程只花15分钟；

让投影光机在工件上移动扫描，打出了投影幅面4倍大的多材料蜂窝结构。因为不泡在树脂缸里，这个路线放大尺寸反而比槽式打印容易；

每一层还可以换油墨，逐层调控零件性能。

材料演示选的两个方向也很有讲究：一是结构电解质，用可聚合离子液体做油墨，打出纽扣电池大小的多孔晶格，直指储能器件；二是水凝胶，打出了带倒金字塔阵列的细胞培养小室，指向组织工程和类器官培养。团队还打了三个斯坦福兔子，说明基础成型能力已经过关。

想干什么？团队的话值得细品

Truby是材料科学与工程系助理教授、June and Donald Brewer青年讲席教授，机器人物质实验室负责人。他的表述有两段值得留意：

“借助DIAL，我们能够制造出其他3D打印技术很难、甚至根本无法制备的零部件。从航空航天、机器人到医疗领域，未来各类技术都需要拥有前所未有的特殊结构材料。这项全新打印工艺开辟了一片全新的设计空间。”

另一段他说得更直白：“重建美国制造业，要靠制造先进材料的新方法。因为DIAL可以一次打印许多复杂的功能性零件，我们看到了把它从实验室推向更大规模生产的路径。”团队目前在做航天极端环境耐候构件、机器人柔性躯体、医疗器械和细胞培养载体。

顺带一提，卡尔蒂克和Truby已经就这项技术提交了美国临时专利申请，研究受美国国家科学基金会、空军科学研究办公室资助——产业化意图藏都藏不住。

我们的观察

DIAL拆开看，每个部件其实都不算全新：狭缝模涂布在薄膜行业用了几十年，DLP光机是槽式打印的老标配，屈服应力油墨也是DIW圈的常客。真正的新意在于把这三样捏到了一起，并且用“油墨自支撑”这个设计，同时化解了材料兼容性和拆支撑两大痛点。

最值得关注的两个信号：其一，不泡树脂缸，理论上天然适合往大尺寸做，也可能延伸到涂层制备；其二，能吃含颗粒的功能性油墨，恰好补上了光固化路线最大的短板，电池、生物医疗这两个高价值方向选得很准。

当然，冷静的话也得说在前面。这项工艺在Z向高度受限的场景下才最能发挥，日常实用性、量产可行性、油墨体系能不能从实验室迁到工厂、设备成本能不能压下来，都还是未知数。从论文到产品，中间通常隔着一段不短的路，这样的故事在增材制造行业我们见过太多次了。

但方向是对的：未来十年增材制造的竞争，大概率不在“能不能打出来”，而在“能不能把功能材料打成形”。DIAL给了这个判断一个新注脚。值得盯紧后续进展。

论文信息：Pranav Kaarthik, Michael Bayer, EunBi Oh, Alexander Kane, Ryan Truby. “Rapid, voxel-based 3D printing with yield-stress fluid inks.” Science Advances, 2026.

本文资料来源：西北大学官方新闻、Science Advances。安徽增材制造科技编译整理。

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