突破：美國(guó)科學(xué)家研發(fā)多材料3D打印頭成功

3D打印是生產(chǎn)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、柔性機(jī)器人和靈活電子設(shè)備的一次革命，但在打印復(fù)雜的多材料整合產(chǎn)品方面還很困難。最近，美國(guó)哈佛大學(xué)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種新型多材料打印頭，能混合并打印濃縮的、有粘彈性的“墨水”材料，在打印過(guò)程中能同時(shí)控制成分和幾何形狀。打印頭通過(guò)一種主動(dòng)混合、快速切換的噴嘴，在運(yùn)行中改變材料成分，為全3D打印的可穿戴設(shè)備和電子設(shè)備鋪平了道路。

帶有旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器的主動(dòng)混合打印頭噴嘴，每種液體經(jīng)不同入口進(jìn)入狹小的混合室，在旋轉(zhuǎn)葉作用下瞬間混合

要打印一個(gè)既包含能隨膝蓋一起運(yùn)動(dòng)的柔軟材料，又包含堅(jiān)硬電子元件的設(shè)備，理想的3D打印機(jī)要能從柔軟材料無(wú)縫過(guò)渡到堅(jiān)硬材料，將不同電導(dǎo)率、不同電阻的墨水達(dá)成電路，并能在各種墨水之間精確切換，而且在執(zhí)行所有這些任務(wù)時(shí)不間斷——這種在打印產(chǎn)品中整合不同材料和性質(zhì)的能力，是3D打印的下一個(gè)前沿。

這項(xiàng)研究由哈佛大學(xué)約翰·波爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）仿生工程教授詹妮弗·劉易斯負(fù)責(zé)。據(jù)研究人員介紹，打印多種材料的基礎(chǔ)是混合復(fù)雜液體，以往大部分方法是被動(dòng)的，即讓兩股液體擴(kuò)散混合，對(duì)高粘度液體，尤其在容積小、時(shí)間短的情況下很難奏效。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種主動(dòng)混合多材料打印頭，微噴嘴內(nèi)有一種旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器，能有效混合多種復(fù)雜液體。

論文第一作者、哈佛大學(xué)韋斯研究所博士后研究員托馬斯·奧博說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)證明，主動(dòng)式微流混合器能混合多種材料�！彼麄儞�(jù)此造出的混合打印頭，能打印包含多種材料的三維圖案。比如能把彈性硅酮無(wú)縫打印到由軟區(qū)和硬區(qū)組成的梯度結(jié)構(gòu)中，這種結(jié)構(gòu)在靈活電子設(shè)備、可穿戴設(shè)備中有大量應(yīng)用。還能打印反應(yīng)性材料，如AB膠（兩部分環(huán)氧樹(shù)脂），當(dāng)兩部分結(jié)合時(shí)會(huì)迅速變硬。此外，還能將導(dǎo)電和電阻墨水按需混合，在3D打印物體中嵌入電路。

相關(guān)論文發(fā)表在最近的美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

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