光固化3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛的采用

如今，光固化3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛的采用，在齒科、首飾、手辦等領(lǐng)域，然而如上圖一樣的常規(guī)光固化3D打印機，一次仍然只能打印一種材料。

△FDM技術(shù)類型的3D打印機可以通過增加噴頭數(shù)量來實現(xiàn)多色或者多種材料同時打印，圖片來源makerbot

而在光固化領(lǐng)域，多材料或者說混合材料的3D打印，一直沒有突破。2019年3月15日，魔猴網(wǎng)獲悉，一篇發(fā)表在《Nature Communications》上的論文，給出了新穎的解決辦法。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家開發(fā)出一種新型3D打印機，它擁有可見光和紫外光兩種模式，可以同時打印多種光敏樹脂材料。

該方法利用多材料光固化空間控制（MASC）技術(shù)，在增材制造過程中根據(jù)不同的材料化學(xué)成分選擇不同的光源波長。多組分光敏素包括具有相應(yīng)的自由基和陽離子引發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。

△實驗場景：（A）自定義多材料DLP 3D打印機設(shè)置的標記圖。

（B）標記設(shè)置關(guān)聯(lián)圖相。

（C）物理多材料設(shè)置，未標記。

圖片：筆記本電腦上顯示的內(nèi)容同時被發(fā)送到“右”投影儀（UV投影儀，前置）

和“左”投影儀（OptomaHD27，背面的白色投影儀）

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。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，與軟水凝膠和有機凝膠形成對比。 MASC配方的變化極大地改變了打印樣品的機械性能。使用不同MASC配方打印的樣品具有空間控制的化學(xué)不均勻性，機械各向異性和空間控制的膨脹。

△光敏樹脂材料配方

原理聽起來有點復(fù)雜，在實際操作中，研究人員同時將來自兩臺投影儀的光線導(dǎo)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，然后構(gòu)建下一層。也就是說用兩個光源+一桶樹脂，實現(xiàn)兩種材料的光固化3D打印。先說光源的控制，研究人員創(chuàng)建了二元圖像組合，一系列圖像通過可見光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)。

頂部圖像顯示數(shù)字設(shè)計及其打印形狀。紫色對應(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徽標變成了由剛性，不透明區(qū)域和柔軟透明區(qū)域組成的打印對象。 研究人員面臨的主要障礙是優(yōu)化原料的化學(xué)性質(zhì)。他們首先考慮了兩種單體在一個桶中的表現(xiàn)。他們還必須確保單體具有相似的固化時間，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。

通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，研究人員現(xiàn)在可以通過紫外線或可見光確切地確定每種單體在打印物體內(nèi)固化的位置。UW-Madison化學(xué)教授A.J. Boydston帶領(lǐng)他最近與表示： “還有許多不完善之處，但這些都是令人興奮的新挑戰(zhàn)。”