От оптофлюидной сборки и серных полимеров до самовосстанавливающихся и программируемых материалов: как новые разработки 2025–2026 годов меняют 3D-печать для промышленности и медицины.
Материалы всегда были фундаментом в производстве любых изделий и аддитивные технологии — не исключение. Эволюция материалов для 3D-печати за последние сорок лет прошла путь от простых фотополимеров, способных лишь повторять заданную форму, до «умных» структур, которые сами меняют геометрию в ответ на температуру, восстанавливают царапины, проводят ток и даже двигаются без моторов. Давайте проследим, как менялись материалы для аддитивных технологий, какие новые возможности несут разработки 2025–2026 годов и почему уже сегодня промышленнику стоит присмотреться к этим изменениям.
Революция в микромире: учёные научились печатать 3d-изделия из любого материала
28 января 2026 года международная группа учёных из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка (Германия) и Национального университета Сингапура опубликовала в журнале Nature исследование, которое многие эксперты уже назвали «прорывом десятилетия». Они совершили то, что казалось невозможным: нашли способ печатать микроскопические трёхмерные объекты из любых материалов — металлов, оксидов металлов, углеродных материалов, полупроводников и даже квантовых точек.
До этого момента золотой стандарт микро- и нанопроизводства — двухфотонная полимеризация (2PP) — позволял создавать невероятно детализированные структуры, но с одним критическим ограничением: только из полимеров. Это всё равно, что уметь рисовать потрясающие картины, но только одним цветом и только одним типом краски.
Новый метод, получивший название оптофлюидная сборка (optofluidic assembly), работает иначе. Учёные помещают частицы нужного материала в жидкость и с помощью фемтосекундного лазера создают локальные тепловые градиенты. Возникающие микропотоки направляют частицы в специально напечатанные полимерные «формочки» — как вода несёт песчинки в нужное место. После заполнения форма удаляется, и остаётся готовая микроструктура из требуемого материала.
Исследователи уже продемонстрировали возможности метода, создав микроскопические клапаны для сортировки частиц в тончайших каналах и микророботов, управляемых светом или магнитным полем. При этом частицы удерживаются вместе силами Ван-дер-Ваальса, обеспечивая механическую стабильность даже без химического связывания.
Почему это важно? Потому что открывается путь к созданию многофункциональных микророботов, микроэлектромеханических систем и устройств, которые ещё вчера казались научной фантастикой. Руководитель исследования Метин Ситти так охарактеризовал свои разработки: «Наша технология позволяет формировать крошечные 3D-объекты практически из любого материала. Это открывает новые горизонты для многофункциональных микророботов и множества других применений».
Где планируют применять 3D-микрообъекты?
Микроэлектромеханические системы (MEMS). Возможность формировать структуры непосредственно из полупроводников и металлов без промежуточных этапов литографии позволяет создавать микроактюаторы, датчики давления и инерциальные сенсоры с более высоким разрешением и меньшей себестоимостью. Ранее для этого требовались многостадийные процессы в чистых комнатах.
Микрофлюидные лаборатории на чипе. Продемонстрированные исследователями микроскопические клапаны для сортировки частиц — прямой шаг к созданию диагностических устройств для анализа крови, выявления раковых клеток или тестирования новых лекарств. Такие чипы могут производиться быстрее и из более широкого спектра материалов, включая биосовместимые металлы.
Микророботы для медицины. Управляемые светом или магнитным полем микророботы размером в несколько микрометров могут быть использованы для адресной доставки лекарств, микрохирургии или удаления тромбов. Возможность печатать их из любых материалов позволяет комбинировать функциональные слои — магнитные для управления, металлические для прочности и полимерные для биосовместимости.
Квантовые устройства. Печать из квантовых точек открывает путь к созданию оптических компьютеров и сверхчувствительных сенсоров нового поколения
Ключевой эффект: печать любыми материалами.
Прорыв года (март 2026): серные полимеры для мягких роботов
4 марта 2026 года корейские учёные из Исследовательского института химических технологий совместно с Университетом Ханьян и Университетом Седжон представили полимер на основе серы для 4D-печати. Разработка позволяет создавать структуры, которые меняют форму под воздействием тепла или света — без внешних механических устройств.
Почему это важно? Где планируют применять «серные полимеры»?
Разработка полимеров на основе серы с памятью формы имеет широкий спектр промышленных применений:
Мягкая робототехника без двигателей. Созданный корейскими учёными микроробот размером менее 1 см, управляемый магнитным полем, демонстрирует принципиально новый класс движителей — без встроенных источников питания и механических передач. Такие роботы могут применяться:
- В труднодоступных зонах промышленного оборудования для диагностики;
- В трубопроводах для выявления дефектов;
- В медицине для малоинвазивных вмешательств.
Самособирающиеся конструкции. Способность материала менять форму под воздействием тепла или света позволяет создавать развёртываемые конструкции — от спутниковых антенн до медицинских стентов, которые в сложенном виде вводятся в организм, а затем принимают рабочую форму.
Лазерная сварка за 8 секунд. Возможность сваривать напечатанные детали без клея за считанные секунды радикально упрощает постобработку и сборку сложных изделий, особенно в условиях, где использование клеящих веществ нежелательно (вакуум, высокая температура, медицинские импланты).
Ключевой эффект: самотрансформация, сварка без клея.
Другие значимые открытия 2025–2026: от промышленных роботов до имплантов
Январь 2025: Калифорнийский технологический институт представил многозвенные архитектурные материалы (Polycatenated Architected Materials), которые при низких нагрузках ведут себя как твёрдое тело, а при высоких скоростях как жидкость. Такие материалы открывают дорогу к созданию принципиально новых типов защиты. Сразу вспоминается робот-терминатор Т-1000, прибывший из будущего, чтобы убить Джона Коннора («Терминатор-2»).
Где планируют применять меняющие свойства 3D-материалы?
Адаптивная броня и защитные конструкции. Элементы защиты, способные оставаться жёсткими в обычном состоянии, но демпфировать удар за счёт «текучести» при высокоскоростном воздействии (пуля, осколок).
Сейсмозащита строительных конструкций. Демпферы, адаптирующиеся к характеру колебаний.
Спортивная экипировка. Шлемы и защита, сочетающие жёсткость каркаса с энергопоглощением при ударе.
Ключевой эффект: адаптивная защита.
Март 2025: Чжэцзянский университет (Китай) создал фотополимер на основе динамических дисульфидных связей, который можно 100% перерабатывать без потери свойств. Напечатанные объекты могут быть полностью растворены и использованы заново.
Где уместно применять «растворяемые изделия»?
Фотополимер на основе динамических дисульфидных связей со 100% возможностью переработки решает одну из главных проблем аддитивного производства — отходы.
Замкнутый технологический цикл на производстве. Предприятия могут повторно использовать бракованные детали и поддержку, растворяя их и получая новое сырьё. Это особенно актуально для дорогостоящих фотополимеров, используемых в стоматологии и ювелирной промышленности.
Экологичное производство. Снижение нагрузки на окружающую среду за счёт исключения неперерабатываемых термореактивных отходов.
Ремонтопригодность. Дисульфидные связи обеспечивают потенциальную возможность локального «заживления» микротрещин при воздействии ультрафиолета или тепла
Ключевой эффект: замкнутый цикл, экономия ресурсов.
Январь 2026: Техасский университет A&M разработал метод прямой печати термостабильных витримеров — полимеров, сочетающих свойства термореактивных материалов с возможностью переработки и самовосстановления микроцарапин. Эти термостабильные полимеры открывают широкую перспективу в ремонте и восстановлении поверхностей.
Где могут применяться термостабильные 3D-изделия?
Аэрокосмическая отрасль. Детали, работающие при экстремальных температурах (выше 200°C), но при этом ремонтопригодные — микротрещины, возникающие в процессе эксплуатации, могут «зарастать» при локальном нагреве.
Нефтегазовое машиностроение. Уплотнения и компоненты оборудования, работающего в агрессивных средах при высоких температурах, с возможностью восстановления без замены узла.
Автомобилестроение. Компоненты моторного отсека, подлежащие восстановлению, а не утилизации.
Ключевой эффект: работа при >200°C + ремонт
Февраль 2026: Обзор в Materials Today подвёл итог развития технологии встраиваемой 3D-печати (EMB-3DP), позволяющей создавать многоматериальные структуры внутри поддерживающей матрицы.
Где применять? Что дает соединение многих 3d-материалов?
Микрофлюидные системы. Создание каналов и камер сложной геометрии, которые невозможно изготовить литьём или механической обработкой.
Интегральная электроника. Печать токопроводящих дорожек непосредственно внутри диэлектрической матрицы, создание полностью напечатанных электронных схем.
Медицинские импланты. Комбинирование биосовместимых матриц с активными компонентами, выделяющими лекарства или стимулирующими рост тканей.
Ключевой эффект: возможность объединять несовместимое ранее.
Март 2026: Международная группа учёных представила в Soft Matter методологию создания полностью программируемых 4D-печатных листов из цифровых метаматериалов, где независимо программируется и геометрия, и кривизна.
Что собираются печатать из 4D-листов?
Термин «4D-печать» появился ещё в 2013 году, но настоящий прорыв произошёл именно в последние полтора года. Простыми словами 4D-печать (четырёхмерная печать) — это все та же технология создания трёхмерного объекта методами 3D-печати, которая имеет дополнительное свойство: может изменяться под воздействием окружающей среды (форма иди свойства). В данном контексте 4 измерением считают время. Поскольку форма или поведение объекта изменяется в зависимости от внешних факторов: температура, влажность, давление и т.д.
В каких сферах это может применяться?
Развёртываемые космические конструкции. Солнечные батареи и антенны, которые в сложенном виде занимают минимальный объём при запуске, а затем самостоятельно разворачиваются в заданную форму с программируемой кривизной.
Адаптивная оптика. Элементы, способные изменять фокусное расстояние или отражающие свойства под воздействием управляющих сигналов.
Мягкие захваты и манипуляторы. Промышленные роботы для работы с хрупкими предметами, где усилие захвата и геометрия могут программироваться под конкретную задачу.
Актуаторы нового поколения. Замена механических приводов на элементы, меняющие форму непосредственно под воздействием стимула, что снижает массу, энергопотребление и повышает надёжность.
Ключевой эффект: управляемая геометрия и кривизна
Российские 3d-разработки: от фундаментальной науки — к практике
Российская научная школа вносит свой весомый вклад в развитие «умных» материалов. Вспомним лишь несколько.
Октябрь 2025: создание магнитоэлектрического композита. Учёные Балтийского федерального университета им. И. Канта совместно с коллегами из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х.М. Бербекова (КБГУ) и НИТУ МИСИС создали новый композит на основе фторопласта ПВДФ и магнитных наночастиц CoFe₂O₄. Материал сочетает пьезоэлектрические и магнитные свойства, что открывает путь к созданию инновационных устройств для биомедицины и сенсорных систем.
Авторы исследования отмечают, что этот шаг открывает путь к созданию инновационных магнитоэлектрических устройств, которые можно рационально производить методом 3D-печати.
Где будет применяться нанокомпозит?
Биомедицина:
- Магнитоуправляемые импланты для стимуляции костной ткани;
- Сенсоры для мониторинга физиологических параметров в реальном времени;
- Устройства для магнито-механической стимуляции клеток.
Сенсорные системы:
- Датчики магнитного поля с повышенной чувствительностью;
- Бесконтактные датчики механических напряжений;
- Энергонезависимые сенсорные элементы.
Ключевой эффект: сочетание пьезо- и магнитных свойств.
Сентябрь 2025: запуск биопринтера для регенеративной медицины. В том же НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ им. Канта создали собственный модуль печатающей экструзионной головки для DIW-печати. Устройство работает с биочернилами на основе коллагена и позволяет создавать трёхмерные структуры, максимально приближенные к натуральным тканям.
Где планируется применять 3d-биочернила с коллагеном
Тканевая инженерия: создание трёхмерных каркасов для выращивания кожи, хрящей и других тканей.
Фармакология: тестирование лекарств на напечатанных тканевых моделях, снижающее потребность в экспериментах на животных.
Персонализированная медицина: создание имплантов, повторяющих индивидуальную анатомию пациента.
Перспективы: планируются испытания in vitro и in vivo с использованием стволовых клеток для оценки потенциала клинического применения.
Ключевой эффект: печать коллагеновыми структурами.
От истоков — к функциональности: эволюция материалов для 3D-печати
Все эти мировые открытие — отличный повод оглянуться назад и проследить удивительную эволюцию, которую проделали материалы для 3D-печати — от простых фотополимеров до «умных» структур, способных запоминать форму, самовосстанавливаться и даже двигаться без моторов.
1980–1990-е годы: эра первых полимеров
История аддитивных материалов началась с трёх базовых технологий, каждая из которых требовала своего типа сырья:
- Стереолитография (SLA). Чак Халл (США) использовал жидкие фотополимеры — вещества, затвердевающие под действием ультрафиолета. Это были простые акриловые и эпоксидные смолы, обеспечивающие высокую точность, но обладавшие хрупкостью и ограниченной механической прочностью.
- Селективное лазерное спекание (SLS). Карл Декард в Техасском университете применил сыпучие порошки — сначала полимерные (нейлон, полистирол), затем металлические.
- Моделирование методом наплавления (FDM). Американец Скотт Крамп предложил использовать термопластичные полимеры в форме нитей (филаментов). Первыми материалами стали ABS и PLA.
Ключевой вывод периода: каждый метод требовал своего материала, и первые два десятилетия развитие шло по пути расширения номенклатуры базовых полимеров.
2000-е годы: расширение границ
- Многоцветная печать. В конце века XX века Американская компания ZCorp представила технологию струйного нанесения связующего на порошок с цветной печатью (Color Jet Printing)
- Биопечать. В 2009 году компании Organovo (США) и Invetech (Австралия) выпустили первый биопринтер для создания живых тканей. Появился принципиально новый класс материалов — гидрогели с живыми клетками.
- Металлы и керамика. Развитие технологий лазерного плавления (SLM) вывело на первый план металлические порошки (титан, нержавеющая сталь, кобальт-хром, алюминиевые сплавы).
2010-е годы: функциональные и композитные материалы
- Композиты. Появились филаменты, армированные углеродным волокном, что резко повысило прочностные характеристики.
- Токопроводящие материалы. Создание электропроводящих полимеров открыло дорогу к 3D-печати электронных компонентов.
- Высокотемпературные полимеры. PEEK (полиэфирэфиркетон) вошёл в 3d-индустрию, позволив печатать детали для авиакосмической отрасли и нефтегазовой промышленности.
2020-е: годы «умных» материалов
Научные открытия последних лет впечатляют воображение не только ученых, но и простых людей, напоминая кинофильмы про будущее, которое совсем недавно казалось фантастикой. Главный тренд современного материаловедения: мы уходим от эры «подходящих материалов» к эре «любых материалов». Сегодняшние примеры открытий – только часть результатов исследований ученых в разных уголках мира.
Эволюция, пройденная за сорок лет — от простых фотополимеров Чака Халла до возможности собирать микроструктуры из металлов, полупроводников и квантовых точек, — показывает: сегодня материал перестаёт быть пассивным сырьём. Он становится носителем функции, а границы возможного определяются только воображением инженера и точностью управления процессами на микроуровне.
Необходимо уже сейчас видеть за такими открытиями не абстрактную науку, а конкретные инструменты развития. Как и где это будет применяться всего лишь вопрос времени.
Использованы материалы научных журналов Nature, Science, Materials Today, Soft Matter, Advanced Materials, а также данные Министерства образования и науки РФ и отраслевых изданий за 2025–2026 годы.
Источники:
- https://is.mpg.de/pi/news/beyond-polymers-new-state-of-the-art-3d-micro-and-nanofabrication-technique-overcomes-material-limitations
- https://www.sechenov.ru/pressroom/news/v-sechenovskom-universitete-razrabotali-fotopolimernye-kompozitsii-prevoskhodyashchie-po-kharakteris
- https://www.ixbt.com/live/3d-modelling/novyy-podhod-v-4d-pechati-uchenye-ispolzovali-seru-dlya-sozdaniya-samodvizhuschihsya-myagkih-robotov.amp.html
- https://3dprint.ofweek.com/2025-12/ART-132102-8120-30676938.html#comment
- https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12386597
- https://interestingengineering.com/innovation/us-scientists-unveil-3d-printed-smart-composite
- https://kantiana.ru/news/napechatat-zhizn-bioprinter-iz-bfu-otkryvaet-dorogu-k-regenerativnoy-meditsine
- http://koreabizwire.com/new-4d-printing-breakthrough-uses-sulfur-to-create-self-moving-soft-robots/345429
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860425002751
