据中国科学报 李媛，于2025年12月04日报道，近日，西安交通大学、西安电子科技大学两所高校科研团队联手攻关，在3D打印压电器件应用领域突破“卡脖子”技术。这项成果打通了从材料制备、3D打印到器件集成的完整技术链路，为医疗诊断、无损检测等领域的压电器件定制化设计开辟了新途径。研究成果发表在《先进材料》上。

通俗来讲，压电器件就像现代医疗诊断、工业无损检测和智能传感系统的“心脏”，既要性能过硬，又得能做出复杂结构才能满足实际需求。3D打印技术凭借其成型快、设计灵活的优势，在制造复杂形状的压电元件上展现出巨大潜力。但长期以来，3D打印的压电陶瓷存在致密性不足、性能不如传统方法制品等问题，难以投入实际应用。

这背后隐藏着一连串环环相扣的难题：压电陶瓷粉体尤其是铅基粉体折射率高，加入打印用的光敏树脂后，会阻碍紫外线固化，容易导致打印件分层开裂；打印过程中产生的微小缺陷，会让后续烧结后的陶瓷内部布满孔隙；如何设计匹配的器件结构，让高性能复杂陶瓷真正发挥作用，一直没有好的解决方案……这些问题成为3D打印压电器件从实验室走向实际应用的“拦路虎”。

针对这一痛点，联合团队提出“压电材料-复杂结构-器件应用”的全链条设计策略，借助数字光处理技术（DLP）实现了突破性进展。

为解决打印固化难题，团队通过仿真计算与实验研究发现，将传统使用的0.6微米压电陶瓷粉体，优化为1.0~1.5微米的粒径，大幅减少了光散射，让紫外线顺利固化，有效避免了打印件分层开裂的问题，成功打印出边缘清晰、结构完整的复杂形状压电陶瓷。就连传统工艺难以实现的8阵元环形阵列结构也能顺利成型。

烧结环节中，团队通过精细调控工艺，让陶瓷致密度达到95%以上且无裂纹。其中，用1.0微米粒径粉体在1235℃下烧结的Sm-PMN-PT压电陶瓷，压电系数高达1285皮库每牛，性能表现十分优异。

更关键的是，这项技术已成功落地到实际器件中。团队利用3D打印制成的8阵元环形阵列超声换能器，不仅带宽达到60%，脉冲回波峰值电压更是高达952毫伏，综合性能超过现有其他3D打印换能器。

成像测试中，该换能器通过动态聚焦，将成像分辨率提升了10%~55%，能清晰呈现线靶和无损检测试块的精细结构，充分展现了复杂结构设计带来的性能优势。