3D列印新紀元：研究人員製造出具有編程剛度的3D列印多材料

這種微型3D列印的新方法具有原位樹脂合成、輸送和交換功能，以及自動化材料清潔系統的獨特優勢，可在不同模量或不同特性的材料之間進行靈活切換，而不會造成交叉污染。

由不同材料製成的微晶格結構

這種新方法叫做「多材料可編程增材製造的集成樹脂傳輸法」，發表在Scientific Reports上。該技術可用於各種應用，包括飛機機翼結構，保護塗層，能量吸收，驅動，柔性裝甲，人造肌肉和微型機器人等。

弗吉尼亞理工大學工程學院機械工程助理教授，大分子創新研究院成員Rayne Zheng表示，微尺寸製造系統可以升級至厘米級水平及以上。

「我們使用這種新技術來製造具有程序剛度的材料，」鄭說：「通過編程，我們可以實現變形能力控制-精確布置在不同的方向拉伸和變形量。

使用普通材料時，單向拉伸會導致材料向相反方向收縮。而弗吉尼亞理工大學這種新的專利工藝和設計允許設計人員在一個構建中創建非常具體的模量分布，以允許編程變形 – 在整個材料範圍內可以發生程序擴張或收縮。

「這項技術是一種基於機器人的增材製造，是一種集成流體系統，可以讓我們使用不同的墨水（樹脂）作為原料，」鄭說：「這個過程也是自我清潔的，因此材料之間不會發生交叉污染。」

鄭說，理想的情況下，3D列印技術應該能夠做到用一台設備列印出多種材料，而不需要再採用其他的製造手段，比如模具，膠合，裝配或焊接。

「實現這一目標需要我們將一系列具有不同特性的材料放入一個平台，並將它們連接起來。增加材料的設計自由度允許我們在不改變三維微觀結構的情況下實現材料的連接變形」，鄭解釋說。

現有的3D列印技術在合成多種具有微尺度解析度的三維結構材料方面的能力有限。與傳統3D列印材料不同，多材料可編程增材製造材料可以具有不同的硬度分布—在一個三維晶格框架中，同時具有柔性體和脆性體。

鄭說:「我們設想這些可編程變形材料的概念將在定嚮應變放大、驅動、柔性電子器件以及特定剛度和韌性的輕質超材料設計中得到應用。在微點陣體系結構中進行不同材料成分的快速製造為我們提供了新的材料設計空間，開闢了具有大剛度方差的三維多材料製造的新領域。」

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