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南極熊導讀：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，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，就能實現(xiàn)多性能的打印效果，將大大拓寬應用范圍。

△FDM技術(shù)類型的3D打印機能夠經(jīng)過增多噴頭數(shù)量/增多進料通道等辦法來實現(xiàn)多色或多種材料同期打印。

 △金屬3D打印機經(jīng)過材料混構(gòu)3D打?。∕MSLM）技術(shù)，亦能夠實現(xiàn)區(qū)別粉末的混構(gòu)打印，適用于加工對區(qū)別部位有區(qū)別需求的金屬器件（能夠加強器件性能，并增多運用壽命）。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。

威斯康星大學麥迪遜分校的專家研發(fā)出一種新型3D打印機， 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)別的材料化學成份選取區(qū)別的光源波長。多組分光敏素包含擁有相應的自由基和陽離子誘發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。

②在長波長（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（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)絡的多材料部件，與軟水凝膠和有機凝膠形成對比。 MASC配方的變化極重地改變了打印樣品的機械性能。運用區(qū)別MASC配方打印的樣品擁有空間掌控的化學不均勻性，機械各向異性和空間掌控的膨脹。

△光敏樹脂材料配方

原理聽起來有點繁雜，在實質(zhì)操作中，科研人員同期

將來自兩臺投影儀的光線導向一大桶液體原材料，在平臺上逐層構(gòu)建。構(gòu)建一個層之后，構(gòu)建平臺向上移動，而后構(gòu)建下一層。

△實驗場景：（A）自定義多材料DLP 3D打印機設置的標記圖。 一個筆記本電腦同期掌控可見光、紫外線投影儀、以及3D打印機。 （B）標記設置相關(guān)圖相。 （C）理學多材料設置，未標記。 照片：筆記本電腦上表示的內(nèi)容同期被發(fā)送到“右”投影儀（UV投影儀，前置）和“左”投影儀（Optoma HD27，背面的白色投影儀）。

△照片：3D打印的海星，隨著時間變化，自動變形。亦就變成4D打印了

亦便是說用兩個光源+一桶樹脂，實現(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，區(qū)別區(qū)域之間的對比清晰可見。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三個方向掌控多材料成份的獨特能力。

材料組合

頂部圖像表示數(shù)字設計及其打印形狀。紫色對應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)成的打印對象。 

固化位置掌控

科研人員面臨的重點阻礙是優(yōu)化原料的化學性質(zhì)

。她們首要思慮了兩種單體在一個桶中的表現(xiàn)。她們還必須保證單體擁有類似的固化時間，以使每層內(nèi)的硬質(zhì)和軟質(zhì)材料在大約相同的時間內(nèi)完成干燥。

經(jīng)過適當?shù)幕瘜W反應，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)?！?/span>

此刻，Boydston期盼處理這些缺陷并回答未處理的問題，例如能夠運用其他單體組合以及是不是能夠運用區(qū)別波長的光來固化這些新材料。 Boydston還期盼組建一個跨學科團隊，以增多波長掌控的多材料3D打印的影響。

施瓦茨暗示，運用化學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。正是這種化學和工程界面將推動該行業(yè)達到新的高度。

作者及分工

本科研由兩位威斯康星大學化學系的博士來完成

 J. J. Schwart博士，負責了全部科研的設計和實施、3D打印、測試，數(shù)據(jù)分析、論文撰寫。

A. J. Boydston博士，構(gòu)思了這個創(chuàng)新想法并監(jiān)督了科研，數(shù)據(jù)分析、論文撰寫。

這項工作于2月15日在Nature Communications雜志上發(fā)布：

 多波長光固化3D打印多材料樹脂.pdf (1.52 MB) 原始數(shù)據(jù)MOESM1_ESM.pdf (865.76 KB) 

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“  多波長3D打印  ”。

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