隨著新一年的啟程，增材制造（AM）顯然正在進入一個新階段。成本下降，供應鏈發生變化，政府支出增加，新材料的出現突破了幾年前看似遙不可及的極限。與其回顧過去，不如展望未來，本文將介紹10個新興理念，它們并非預測，而是正在實驗室、工廠、醫院和研究中心等各個領域蓬勃發展的真實趨勢。

這些想法都尚未完全實現，但每一個都展現了 3D 打印技術未來的發展方向。

增材制造領域的回收利用一直都很困難，尤其是對于聚合物而言。但完全循環的工作流程理念正逐漸成為現實。新的系統和工藝開始使人們能夠回收利用舊的打印部件，將其分解、凈化，并用于打印新的部件。一些公司已經擁有早期系統，可以凈化熔體流、自動粉碎材料，并利用化學方法將塑料廢料轉化為“接近原生品質”的材料，這些系統正從研究實驗室走向實際的打印工廠。

早期采用者包括弗勞恩霍夫研究所將聚丙烯包裝廢料轉化為新型 3D 打印耗材的項目、Renew IT 的MICROfactorie 系統（可將電子垃圾塑料轉化為可用的耗材）以及像ExtrudeX這樣的小型眾籌工具（可讓用戶粉碎舊打印件并將其熔化成新材料）。

工具雖然不斷改進，但大規模回收打印部件仍然面臨挑戰。如何在多次重復使用過程中保持材料質量的一致性和清潔度仍然是一個難題。

隨著企業面臨越來越大的減少浪費和碳排放的壓力，這些回收工具可能成為未來大公司選擇 3D 打印的主要原因之一。

建筑打印技術持續占據新聞頭條。毋庸置疑，世界各地許多地區都宣布建造獨一無二的3D打印房屋。但大多數項目目前仍是逐棟審批。這些房屋符合當地規范，但整體打印方法尚未被認證為可重復使用的、完全標準化的建筑系統。真正的突破應該是建造一棟符合國際建筑規范且能在一天內完成打印的完整房屋，對吧？多家公司正在努力實現這一目標，隨著住房短缺日益嚴重，各國政府也對此高度關注。這項技術尚未完全成熟，但或許比我們想象的來得更快。這需要更快的打印速度、更清潔的材料以及更透明、更實際的成本數據。

ICON和Lennar在奧斯汀的Wolf Ranch社區完成了首個3D打印樣板房

最近的一些項目表明，3D打印房屋距離真正成為符合規范的建筑已經非常接近。在德克薩斯州，ICON和Lennar公司正在奧斯汀附近的沃爾夫牧場社區打印整棟房屋，他們使用機器人混凝土打印機來加快建造速度。在愛爾蘭，一個由COBOD（愛爾蘭委員會）資助的3D打印房屋項目達到了新的ISO/ASTM 3D打印標準，其墻體打印速度遠超傳統方法。非營利組織New Story與ICON合作，在墨西哥建造3D打印房屋，以擴大社區規模。在印度，首個由政府支持的3D打印農村房屋竣工，旨在提供快速且經濟實惠的住所。這些項目展現了切實的進步，但真正的飛躍將來自于該方法能夠以可重復的方式獲得批準，而不是一次只建造一棟房屋。

建筑3D打印也必須解決其碳足跡問題。研究人員和初創公司正在研發新型可打印混凝土，早期研究表明，這些混凝土有望將碳排放量減少一半以上。這些創新包括使用更清潔的混凝土混合物、低碳粘合劑和新的養護方法。它們旨在使打印建筑更加堅固耐用。如果這些技術能夠規模化應用，它們可能會在未來十年改變建筑打印的發展格局。

骨料：石英礫石（左）和3D打印混凝土廢料再生骨料（右）

2025年，研究人員證明，在3D打印混合料中，再生混凝土粉末可以替代高達一半的水泥，從而顯著降低碳排放。弗吉尼亞大學的另一個項目利用石墨烯和石灰石煅燒粘土水泥研制出一種低碳可打印混凝土，實驗室測試表明，其排放量降低了約30%。其他研究正在測試再生玻璃、粉煤灰和工業廢料作為可打印混合料的成分。

醫院希望縮短從診斷到治療的時間。目前越來越流行的理念是48小時工作流程，該流程能夠快速完成從患者掃描到設計、打印、后處理、消毒和植入的各個環節。

人工植入物。圖片由薩爾茨堡大學醫院提供

幾乎各大洲的醫療中心都在測試這種工作流程的不同版本。隨著即時檢測實驗室和生物相容性更好的材料的出現，這可能成為醫療增材制造領域最重要的進展之一，并對未來整個醫學發展產生深遠影響。

醫院和醫療中心正開始驗證快速、即時增材制造（AM）技術。在奧地利薩爾茨堡大學醫院，外科醫生利用患者影像數據，在醫院內設計、3D打印并植入了定制的顱骨PEEK植入物，展示了如何在同一屋檐下完成設計和打印。該團隊使用了CT數據、Oqton軟件和一臺3D Systems Kumovis EXT 220 MED打印機，搭建了一個即時實驗室。

與此同時，在美國，梅奧診所運營著最先進的醫院 3D 打印實驗室之一，該實驗室的團隊使用患者掃描數據直接在現場設計和生產定制的手術工具和解剖模型，并討論最終生產患者定制的植入物。

在拉丁美洲，新的監管途徑大幅縮短了3D打印植入物和手術導板的審批時間，消除了快速治療流程的最大障礙之一。此外，像印度拉姆·馬諾哈爾·洛希亞醫學科學研究所正在建立的用于定制牙科和骨科植入物的新型醫院打印實驗室，也表明院內工作流程正在被越來越多的機構所采用。這些進展表明，從掃描到植入的48小時目標正逐步實現。

高超音速技術正在推動新一輪材料研究浪潮。其核心理念是，專為5馬赫以上速度條件設計的陶瓷和合金將能夠大規模打印，并具備足夠的可靠性，以滿足國防應用的需求。

材料工程博士候選人馬修·湯普森正在將坩堝放入箱式爐中，以加熱并去除3D打印陶瓷樣品中的粘合劑

雖然增材制造領域尚處于起步階段，但大量的公共和私人資金投入表明，適用于高超音速飛行器的增材制造材料有望成為未來十年最具競爭力的領域之一。美國高超音速飛行器開發商Hermeus公司持續利用金屬3D打印技術為其5馬赫的Chimera發動機和Quarterhorse飛行器制造零部件，這表明增材制造技術正逐步融入到實際的高超音速飛行器研發項目中，同時材料和認證工作仍在進行中。普渡應用研究所的研究人員正在開發用于高超音速飛行器部件的3D打印深色陶瓷，這些陶瓷因其耐熱性而被選中，這凸顯了可打印陶瓷材料如何針對5馬赫以上的飛行環境進行定制。

航空公司對每一克重量都格外關注，因為更輕的部件意味著更低的燃油成本。近期航空航天報告顯示，增材制造（AM）技術正越來越多地用于生產更輕的內飾部件，其原理是通過優化幾何形狀和減少材料用量。應用于座椅結構時，即使是微小的重量減輕也能在整個機隊中累積成可觀的效益，這也是人們對3D打印座椅概念的興趣持續增長的原因。

飛機座位

事實上，3DPrint.com 的執行主編 Joris Peels 最近在他的“3D 打印的強大應用”系列文章中探討了這一理念，并指出飛機座椅就是一個出人意料的強大應用案例。他指出，更輕的 3D 打印坐墊、更薄的座椅靠背和重新設計的框架不僅可以節省燃油，還可以使座椅更纖薄，從而為航空公司騰出空間增加一排座位。在這樣一個每一分錢都至關重要的行業，即使是微小的改變也能產生巨大的經濟效益。

這是一個簡單卻意義重大的理念：更輕的座椅、更薄的結構和更高效的布局。難點在于認證，因為飛機座椅必須滿足極其嚴格的防火、耐撞和長期使用安全標準，而證明新材料和增材制造技術符合這些標準需要時間和測試。飛機制造商和航空公司已經認證了許多小型3D打印內飾部件（例如芬蘭航空A320客機的客艙面板），但全3D打印座椅仍處于原型階段，尚未投入常規商業運營。

集成了打印機、檢測、存儲和后處理功能的增材制造系統，被封裝成集裝箱大小的單元，正變得越來越現實。關鍵在于在偏遠或高風險環境中進行認證生產，包括國防設施、海上平臺，甚至是災害響應現場。

移動式多射流熔融增材制造。圖片由惠普和Firestorm Labs提供

這一趨勢與自動化、機器人和人工智能驅動的監控相重疊，使其成為工業增材制造最明確的“下一步”之一。

例如，西門子和英格索爾機床公司在2025年推出了一款集裝箱式3D打印和銑削系統，該系統可運輸至偏遠地區進行現場制造。Firestorm Labs與惠普公司合作開發了可擴展的集裝箱單元，用于容納工業級3D打印機，以便部署到災區、軍事基地或其他偏遠環境。此外，國防后勤部門也在探索便攜式現場增材制造系統，以便在現場生產關鍵零部件，從而減少對數百英里外工廠的依賴。

3D打印技術正在幫助研究人員重新思考電池的制造方式，它能夠制造出傳統制造工藝無法實現的全新形狀和內部結構。設計人員不再局限于制造平面層，而是可以構建復雜的3D內部幾何結構，從而改善離子在電池內部的運動和熱量的擴散，所有這些都有助于制造出更安全、性能更高的電池。

具有復雜內部幾何結構的3D打印電池電極結構示例

最近的一項研究表明，3D 打印可以制造出內部結構非常微小的電池部件，這有助于電池儲存更多能量、更有效地輸送電力，以及更好地充電和放電。

此外，還有關于3D打印固態電池的新研究，這種電池使用固體材料而非液體材料，被認為更安全。一項計劃于2025年啟動的歐洲項目表明，3D打印可以更高效地制造這些電池，并改進內部部件的連接方式，這是一個重要的進步。

此外，最近的研究表明，3D 打印可以制造出具有精細內部結構的電池部件，從而改善離子運動，這是傳統方法難以實現的。

這仍處于早期研究階段，這些也不是商業產品，但這些項目表明，3D 打印技術未來如何能夠為電動汽車、無人機、醫療設備和電網儲能制造出更安全、更致密、更高效的電池。

能夠同時進行3D打印和CNC銑削的低成本機器不再是夢想。像Snapmaker這樣的品牌已經開始銷售三合一系統，而一些快速發展的中國制造商正在將價格推向1000美元大關。

下一步的關鍵在于推出一款價格適中的高性能混合型機床，它需要具備真正數控加工所需的剛性、精度和可靠性，而不僅僅是輕型銑削。如果這樣的機床能夠問世，創客和小作坊就能用一臺工具完成更多工作，而無需直接購買工業級機床。這將是自第一波價格親民的FDM打印機問世以來，桌面級機床市場最重要的變革之一。

生物打印面臨的最大挑戰之一是幫助活體組織維持足夠長的存活時間以發揮功能，這主要是因為組織需要血液循環。真實的組織需要微小的血管網絡來輸送營養物質、氧氣和代謝廢物，這個過程也稱為灌注。傳統的打印方法可以制造出含有細胞的組織，但如果沒有這些血管通道，位于組織中心的細胞會很快死亡。

用于復制人體組織的3D生物打印組織構建體

近期的研究進展表明，解決這一問題已取得實質性進展。在斯坦福大學，生物工程師馬克·斯凱勒-斯科特（Mark Skylar-Scott）及其團隊開發了一種更快速的血管樹建模和打印方法，該方法能夠模擬真實的人體血管網絡，從而加快復雜血管結構的設計和生產速度。此外，斯坦福大學的科學家們在創建3D打印血管設計方面也取得了進展，這些設計有助于生物打印的心臟和其他器官存活并發揮功能。與此同時，維克森林再生醫學研究所（WFIRM）正準備將帶有血管通道的3D打印肝臟組織送往國際空間站，研究人員將在那里研究這些微小血管網絡在微重力環境下的行為。

這些都是早期項目，生物打印器官距離臨床應用還很遙遠，但這些進展表明，該領域正在朝著創造功能性組織的方向取得重要進展，這些組織有朝一日可以像真正的人體組織和器官一樣發揮作用。

來源：中噴頭條