利用不同波长的光实现多材料3D打印

尽管3D打印技术已用于生物医学、制造业等领域，但由于大多数3D打印技术一次只能制造由一种材料制成的部件，限制了其广泛应用。近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发出一种新型3D打印机，能够使用可见光和紫外光产生的不同投影图案，实现多材料的3D打印。

这种方法基于不同波长的光来固化相应的原料，从而形成结构的不同部分。这些原料由简单的化学物质即单体开始，通过聚合形成更长的一系列化学物质，就像塑料一样。根据使用的光线不同，最终产物将具有不同的特性，如硬度等。目前大多数多材料3D打印方法都是使用单独的材料储存容器，将不同的材料放置在合适的位置。但该项目研究人员发现，采用单容器多组分的方法（类似于化学合成的一锅法one-pot approach），比使用多容器制备多材料更加实用。

研究人员将两台投影仪发出的光线（可见光和紫外光）同时直接照射到一大罐液体原料上，在平台上逐层固化构建。该研究的难点主要在于优化原料的化学成分，首先需要考虑两种单体在同一个罐中的反应，此外还必须确保单体具有相似的固化时间，以便每一层内的硬质和软质材料在大约同一时间完成干燥。在确定了原料中丙烯酸酯单体和环氧单体组分比例后，研究人员目前已经能够通过设计紫外线或可见光的图案精确地控制每种单体在3D打印物体内的固化位置。当前，该研究仅完成了硬质材料(环氧树脂)与软质材料（丙烯酸酯）的一步成形，还有很多问题需要进一步完善，研究人员正在探索能够使用该3D打印方法的其他单体原料组合。研究人员表示，使用化学方法消除工程瓶颈是3D打印行业未来发展的方向，化学与工程的相互影响有望推动该领域达到新的高度。该项研究由陆军研究办公室和国家科学基金会资助，发表在日前的《自然通讯》杂志上。