一直以來，科學家的注意力都集中在3D打印材料的機械特性上，現在他們想要在電特性上做些花樣。澳大利亞墨爾本大學的丹尼爾•克里頓（Daniel Creedon）和其他幾位研究人員設計、打印并測試完成了世界上首個3D打印超導微波諧振腔。科學家們稱他們為更廉價更優質的超導原件的量產鋪平了道路。

3D打印金屬零件將會給許多工業領域帶來一場革命。例如，航母不再需要攜帶輪機配件、武器配件和搭載戰機的配件，每個配件都能在航母上打印出來。

很多人擔心3D打印部件的機械性能不及傳統工藝生產出來的部件那么好，特別是像噴氣發動機組件這樣需要在苛刻環境下工作的部件。

材料科學家已經花費大量精力來研究3D打印部件的機械性能。3D打印技術目前已經用于生產醫用定制人工骨組織、噴氣發動機軸承和汽車工業的原型車。

3D打印部件的機械性能是研究的熱點，然而，部件的電特性目前尚缺乏足夠的研究。

澳大利亞墨爾本大學的丹尼爾•克里頓（Daniel Creedon）和其他幾位研究人員設計、打印并測試完成了世界上首個3D打印超導微波諧振腔。他們稱，他們為更廉價更優質的超導原件的量產鋪平了道路。

目前很多服務于前沿領域的科學儀器需要以超導微波諧振腔為核心部件，它能以諧振的方式儲存微波能量。工程上，要求微波諧振腔的能量損耗越小越好。

微波諧振腔是微波工程領域的基礎器件。二十世紀三十年代中期，微波諧振腔作為雷達技術的組成部分開始萌芽。盡管起初日本和德國略微領先，然而，1940年，英國發明了基于微波諧振腔的多腔磁控管，革命性地提高了雷達的性能，而此時多腔磁控管工作的物理機理甚至尚不明確。二戰期間，多腔磁控管確保了同盟國雷達性能的決定性優勢。今天，微波諧振腔服務于諸多技術領域：例如：加速粒子加速器中的帶電粒子；以超高靈敏度探測震動；保證原子鐘輸出的時鐘頻率的穩定性；測量微波波長；當然，還有服務于千家萬戶的微波爐。

在腔體內，微波會接觸腔體表面材料的電子，因此腔體材料的電阻直接決定了微波腔體的性能。腔體材料的理想電阻是零，即超導狀態。

制造超導微波諧振腔的成本很高。3D打印有望顯著降低成本，提高生產速度——但是3D打印是否會破壞材料的超導特性？在克里頓之前沒人知道。

為了研究3D打印對材料超導特性的影響，克里頓團隊打印了2個內壁形狀復雜的諧振腔：他們選擇性熔化鋁粉以生成特定形狀，然后繼續不斷熔化鋁粉，讓熔融金屬附著并成形在之前生成的毛坯上，如此這般直到完成。

這個過程既快又便宜，但是有幾個潛在的問題。

首先，3D打印出來的腔體表面比較粗糙。其次，用于3D打印的鋁粉和標準工業鋁粉Al-6061的組分并不一樣。3D打印鋁粉中有占12%質量的硅粉，而標準工業鋁粉中，硅粉只占0.8%的質量。3D打印鋁粉包含0.118%的鐵和0.003%的銅，而工業鋁粉包含0.7%的鐵、0.15%的銅和1.2%的鎂。

之前沒人知道表面粗糙度以及3D鋁粉和工業鋁粉的成分差異會導致什么結果。

克里頓團隊決心回答這個問題。令他們吃驚的是，材料成分的差異并沒有影響最終3D打印出來的微波諧振腔的超導特性。

根據克里頓團隊的報道，該諧振腔在零下271.8℃進入超導狀態，與理論預期一致，并且電特性與使用Al-6061工業鋁粉制造的產品高度相似。“3D打印微波諧振腔的性能完全可以比擬使用Al-6061工業鋁粉生產的產品，并且3D打印導致的腔體內表面粗糙度增加沒有影響最終性能。”

此外，他們拋光了其中一個3D打印腔體的內壁，將該腔體加到500℃，再自然冷卻至室溫。該過程使得作為雜質的硅原子被擠出材料結構。“500℃下的4小時退火處理成功將作為雜質的硅原子排除，腔體的Q值（微波能量損耗越低，Q值越高）提高了1倍。”

該研究的具有顯著的潛在后繼研究價值。一個可能的研究方向是在3D打印中使用更純的鋁粉，克里頓團隊稱，這應該可以制造出質量更高的諧振腔。另外一個方向是制造用傳統制造方法無法生產的諧振腔腔體，獲得之前工程上無法實現的性能。

該研究開辟了用3D打印技術生產超導微波器件的新紀元。