新型多材料3D打印头研制成功

3D打印是生产轻质结构、柔性机器人和灵活电子设备的一次革命，但在打印复杂的多材料整合产品方面还很困难。最近，美国哈佛大学科学家设计了一种新型多材料打印头，能混合并打印浓缩的、有粘弹性的“墨水”材料，在打印过程中能同时控制成分和几何形状。打印头通过一种主动混合、快速切换的喷嘴，在运行中改变材料成分，为全3D打印的可穿戴设备和电子设备铺平了道路。

要打印一个既包含能随膝盖一起运动的柔软材料，又包含坚硬电子元件的设备，理想的3D打印机要能从柔软材料无缝过渡到坚硬材料，将不同电导率、不同电阻的墨水达成电路，并能在各种墨水之间精确切换，而且在执行所有这些任务时不间断——这种在打印产品中整合不同材料和性质的能力，是3D打印的下一个前沿。

这项研究由哈佛大学约翰·波尔森工程与应用科学学院（SEAS）仿生工程教授詹妮弗·刘易斯负责。据研究人员介绍，打印多种材料的基础是混合复杂液体，以往大部分方法是被动的，即让两股液体扩散混合，对高粘度液体，尤其在容积小、时间短的情况下很难奏效。他们设计了一种主动混合多材料打印头，微喷嘴内有一种旋转推进器，能有效混合多种复杂液体。

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论文第一作者、哈佛大学韦斯研究所博士后研究员托马斯·奥博说：“实验证明，主动式微流混合器能混合多种材料。”他们据此造出的混合打印头，能打印包含多种材料的三维图案。比如能把弹性硅酮无缝打印到由软区和硬区组成的梯度结构中，这种结构在灵活电子设备、可穿戴设备中有大量应用。还能打印反应性材料，如AB胶（两部分环氧树脂），当两部分结合时会迅速变硬。此外，还能将导电和电阻墨水按需混合，在3D打印物体中嵌入电路。

相关论文发表在最近的美国《国家科学院院刊》上。