3D打印在复杂功能结构的制造能力

一种新型3D打印机能同时使用8种不同材料，在它们之间随意切换，并保证很高的速度和细节精确水平。不仅如此，这款打印还具有很多个喷嘴，大大提高打印效率，甚至有潜力用于生产柔性电子产品甚至人体细胞结构。哈佛大学工程与应用科学学院Jennifer A. Lewis教授团队，在国际顶级期刊《Nature》在线发表名为“Voxelated soft matter via multimaterial multinozzle 3D printing”的研究文章。

文章报道了一种多材料3D打印技术（MM3D），其通过在单个喷嘴喷出材料时的快速切换，实现了体素级的多材料功能结构的快速打印，极大地拓展了3D打印在复杂功能结构的制造能力。

图1 多材料多喷嘴3D打印头

通过立体光刻技术以单喷嘴，1D多喷嘴阵列和2D多喷嘴阵列的设计实现MM3D像素化打印。打印头（喷嘴）内部具备有复杂的通道网络，最多可以实现8种材料打印。

图2 流动于MM3D打印头的粘弹性墨水

他们通过压力驱动流量实现更高频的启停动态，通过建模实现了对喷嘴几何形状和印刷压力的设定，实现了稳定且高速的多材料打印。

图3 打印体素

文中举例，面对“较粘”的有机硅油墨和“较不粘”的蜡墨两种材料，通过非对称喷嘴的设定实现图像的高保真打印。

为了证明MM3D打印对打印对象的组成、结构及特性的空间编程能力，文章列举了打印折纸机构以及气动行走机器人的两个例子。

图4 MM3D打印折纸

图5 打印行走软体机器人

展望未来，这种集成化的多材料打印喷头将实现体素化功能性结构的快速打印，此外在打印分辨率和打印效率方面，定制化的打印墨水和打印结构的功能化同样具有重要的研究和应用价值。

审核编辑：彭静