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南極熊導(dǎo)讀：Nature Communications期刊上又發(fā)布了一篇道理重大的3D打印技術(shù)《Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing》：多波長(zhǎng)光源，同期3D打印多種光敏樹脂材料。
如今，光固化3D打印技術(shù)已然被廣泛采用在齒科、首飾、手辦、汽車、消費(fèi)電子、衣服、鞋子等行業(yè)。然而如上圖同樣的常規(guī)光固化3D打印機(jī)，一次仍然只能打印一種材料。倘若憑借光固化3D打印技術(shù)的高精度，加上多材料的話，就能實(shí)現(xiàn)多性能的打印效果，將大大拓寬應(yīng)用范圍。
△FDM技術(shù)類型的3D打印機(jī)能夠經(jīng)過增多噴頭數(shù)量/增多進(jìn)料通道等辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)多色或多種材料同期打印。
△金屬3D打印機(jī)經(jīng)過材料混構(gòu)3D打?。∕MSLM）技術(shù)，亦能夠實(shí)現(xiàn)區(qū)別粉末的混構(gòu)打印，適用于加工對(duì)區(qū)別部位有區(qū)別需求的金屬器件（能夠加強(qiáng)器件性能，并增多運(yùn)用壽命）。照片源自：德迪智能
而在光固化行業(yè)，多材料或說混合材料的3D打印，始終無(wú)突破。2019年3月15日，南極熊獲悉，一篇發(fā)布在《Nature Communications》上的論文，給出了新穎的處理辦法。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的專家研發(fā)出一種新型3D打印機(jī)， 它持有可見光和紫外光兩種模式，能夠同期打印多種光敏樹脂材料。技術(shù)原理
①該辦法利用多材料光固化空間掌控（MASC）技術(shù)，在增材制造過程中按照區(qū)別的材料化學(xué)成份選取區(qū)別的光源波長(zhǎng)。多組分光敏素包含擁有相應(yīng)的自由基和陽(yáng)離子誘發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。
②在長(zhǎng)波長(zhǎng)（可見光）照射下，觀察到丙烯酸酯組分的優(yōu)先固化。在短波長(zhǎng)（UV）照射下，摻入丙烯酸酯和環(huán)氧化物組分的組合優(yōu)先固化。
③這使得能夠生產(chǎn)含有硬質(zhì)環(huán)氧化物網(wǎng)絡(luò)的多材料部件，與軟水凝膠和有機(jī)凝膠形成對(duì)比。 MASC配方的變化極重地改變了打印樣品的機(jī)械性能。運(yùn)用區(qū)別MASC配方打印的樣品擁有空間掌控的化學(xué)不均勻性，機(jī)械各向異性和空間掌控的膨脹。△光敏樹脂材料配方
原理聽起來(lái)有點(diǎn)繁雜，在實(shí)質(zhì)操作中，科研人員同期
將來(lái)自兩臺(tái)投影儀的光線導(dǎo)向一大桶液體原材料，在平臺(tái)上逐層構(gòu)建。構(gòu)建一個(gè)層之后，構(gòu)建平臺(tái)向上移動(dòng)，而后構(gòu)建下一層。
△照片：3D打印的海星，隨著時(shí)間變化，自動(dòng)變形。亦就變成4D打印了
亦便是說用兩個(gè)光源+一桶樹脂，實(shí)現(xiàn)兩種材料的光固化3D打印。
光源掌控
先說光源的掌控，科研人員創(chuàng)建了二元圖像組合，一系列圖像經(jīng)過可見光DLP投影儀處理，而另一組圖像并行發(fā)送到紫外線投影儀系統(tǒng)。
多材料打印樣品的例子如上圖所示，將樣品浸沒在甲苯或留蘭香油中時(shí)，區(qū)別區(qū)域之間的對(duì)比清晰可見。透明的部分是由于可見光打印的，而不透明區(qū)域則用UV光打印。第1個(gè)例子類似于帶有內(nèi)部骨骼的手，其硬質(zhì)部分完全包裹在較軟的外邊材料內(nèi)。這些樣品一起展示了在X、Y、Z三個(gè)方向掌控多材料成份的獨(dú)特能力。
材料組合
頂部圖像表示數(shù)字設(shè)計(jì)及其打印形狀。紫色對(duì)應(yīng)于紫外線固化的硬環(huán)氧化物區(qū)域，而灰色區(qū)域是可見光固化的丙烯酸酯區(qū)域。在底部，3D打印的MASC徽標(biāo)變成為了由剛性，不透明區(qū)域和柔軟透明區(qū)域構(gòu)成的打印對(duì)象。
固化位置掌控科研人員面臨的重點(diǎn)阻礙是優(yōu)化原料的化學(xué)性質(zhì)
。她們首要思慮了兩種單體在一個(gè)桶中的表現(xiàn)。她們還必須保證單體擁有類似的固化時(shí)間，以使每層內(nèi)的硬質(zhì)和軟質(zhì)材料在大約相同的時(shí)間內(nèi)完成干燥。
經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，科研人員此刻能夠經(jīng)過紫外線或可見光確切地確定每種單體在打印物身體固化的位置。
技術(shù)缺陷UW-Madison化學(xué)教授A.J. Boydston帶領(lǐng)他近期與暗示： “還有許多不完善之處，但這些都是令人興奮的新挑戰(zhàn)。”
此刻，Boydston期盼處理這些缺陷并回答未處理的問題，例如能夠運(yùn)用其他單體組合以及是不是能夠運(yùn)用區(qū)別波長(zhǎng)的光來(lái)固化這些新材料。 Boydston還期盼組建一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以增多波長(zhǎng)掌控的多材料3D打印的影響。
施瓦茨暗示，運(yùn)用化學(xué)辦法消除工程瓶頸正是3D打印行業(yè)向前發(fā)展所需要的。正是這種化學(xué)和工程界面將推動(dòng)該行業(yè)達(dá)到新的高度。
作者及分工
本科研由兩位威斯康星大學(xué)化學(xué)系的博士來(lái)完成
J. J. Schwart博士，負(fù)責(zé)了全部科研的設(shè)計(jì)和實(shí)施、3D打印、測(cè)試，數(shù)據(jù)分析、論文撰寫。
A. J. Boydston博士，構(gòu)思了這個(gè)創(chuàng)新想法并監(jiān)督了科研，數(shù)據(jù)分析、論文撰寫。
這項(xiàng)工作于2月15日在Nature Communications雜志上發(fā)布：
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“ 多波長(zhǎng)3D打印 ”。
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