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南極熊導讀：Nature Communications期刊上又發布了一篇道理重大的3D打印技術《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。然而如上圖同樣的常規光固化3D打印機，一次仍然只能打印一種材料。倘若憑借光固化3D打印技術的高精度，加上多材料的話，就能實現多性能的打印效果，將大大拓寬應用范圍。

△FDM技術類型的3D打印機能夠經過增多噴頭數量/增多進料通道等辦法來實現多色或多種材料同期打印。

 △金屬3D打印機經過材料混構3D打印（MMSLM）技術，亦能夠實現區別粉末的混構打印，適用于加工對區別部位有區別需求的金屬器件（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，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。

技術原理

①該辦法利用多材料光固化空間掌控（MASC）技術，在增材制造過程中按照區別的材料化學成份選取區別的光源波長。多組分光敏素包含擁有相應的自由基和陽離子誘發劑的丙烯酸酯和環氧化物基單體。

②在長波長（可見光）照射下，觀察到丙烯酸酯組分的優先固化。在短波長（UV）照射下，摻入丙烯酸酯和環氧化物組分的組合優先固化。

③這使得能夠生產含有硬質環氧化物網絡的多材料部件，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，在平臺上逐層構建。構建一個層之后，構建平臺向上移動，而后構建下一層。

△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容同期被發送到“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，科研人員創建了二元圖像組合，一系列圖像經過可見光DLP投影儀處理，而另一組圖像并行發送到紫外線投影儀系統。

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，區別區域之間的對比清晰可見。透明的部分是由于可見光打印的，而不透明區域則用UV光打印。第1個例子類似于帶有內部骨骼的手，其硬質部分完全包裹在較軟的外邊材料內。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

頂部圖像表示數字設計及其打印形狀。紫色對應于紫外線固化的硬環氧化物區域，而灰色區域是可見光固化的丙烯酸酯區域。在底部，3D打印的MASC徽標變成為了由剛性，不透明區域和柔軟透明區域構成的打印對象。 

固化位置掌控

科研人員面臨的重點阻礙是優化原料的化學性質

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

經過適當的化學反應，科研人員此刻能夠經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。

技術缺陷

UW-Madison化學教授A.J. Boydston帶領他近期與暗示： “還有許多不完善之處，但這些都是令人興奮的新挑戰。”

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打印行業向前發展所需要的。正是這種化學和工程界面將推動該行業達到新的高度。

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，數據分析、論文撰寫。

A. J. Boydston博士，構思了這個創新想法并監督了科研，數據分析、論文撰寫。

這項工作于2月15日在Nature Communications雜志上發布：

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

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“  多波長3D打印  ”。

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