终于等到你：主动混合多材料3D打印头问世

在我们对3D打印无限多的遐想中如一次性打印出一辆汽车、一架飞机等，这些可以实现的一个非常重要的前提是：3D打印可以同时打印出金属、塑料、橡胶等不同的材质。这正是很多科学家非常关心的一个技术难点，即多材料3D打印技术。近日，来自哈佛的一个研究团队宣布开发出了一种主动混合多材料的3D打印头，终于在这方面取得了一些进步，这对于3D打印来说意义非比寻常。

这项研究是由哈佛教授Jennifer A. Lewis领导的，成果已经发表在美国国家科学院学报（PNAS）上。这种主动混合多材料3D打印头非常完美地实现了多种材料的集成，包括柔性和刚性材料、导电和非导电油墨。也就是说它可以在不停止打印过程的情况下实现柔性材料、刚性材料和电子电路的无缝和精确过度。这就为3D打印可穿戴装备、软性机器人和电子产品带来了新的可能性。

据了解，这种打印头使用的是主动混合和快速开关的微型喷嘴，喷嘴内部有一个叶轮，每种流体都由一个单独的入口进入混合室，然后由叶轮以恒定的速度旋转，使流体在一个非常窄的间隙中混合，以此来实现浓粘弹性油墨的打印，并在3D打印过程中同时控制几何形状和组成成份。

虽然PCB 3D打印机已经出现了，但大多数用来混合复杂流体的方法是被动的：两股流体在一个通道中汇合，在这里它们进行扩散混合。这种方法对于低粘度流体来说是足够了，但对于一些高粘度液体，如凝胶，是无效的。

这个项目的领导者Lewis教授是被公认的全球3D打印领域的技术权威，她在2014年成立了多材料电子产品3D打印机公司Voxel8，公司一经成立便受到追捧，很快就获得了1000多万美元的风险投资，很显然，Lewis教授开发的这项技术与Voxel8公司的业务非常吻合。她此次设计的主动混合技术是与哈佛Wyss研究所的博士后研究员Thomas Ober以及Daniele Foresti一起进行的。

Lewis教授

“被动混合物并不能保证完全材料的完全混合，特别是高粘度的油墨。”Ober说，“我们开发了一种合理技术并通过实验验证了它，我们设计的主动微流体混合器，可以搭配多种材质。”

据了解，这种多材料3D打印头的应用效果相当好。研究团队证明，有机硅弹性体可以无缝打印成由软质和硬质材料组成梯度结构，这意味着3D打印的可穿戴设备中的软的部位可以跟随我们的身体和关节活动，而刚性材料则用来容纳电子元器件。而且，这种技术也可以用来打印反应性材料，也可以按需混合导电和电阻性油墨。

此前，在打印过程中随时混合材料仅仅是一个想法而已，而如今，Lewis教授的团队已经将其变成现实可行的技术。据悉，研究团队最近还设计了一个打印头，可以在一个单一的喷嘴内实现多个墨水之间的切换，这样就无需对齐多个喷嘴，也无需再在打印过程中暂停油墨的流动。

Lewis说：“总之，这种主动混合和切换打印头是多材料3D打印研究领域中的一个重大进步，它可以实现在微观水平上通过编程控制两种材料的组成和结构，这位通过设计创造材料开辟了新的途径。”