科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了一种新的多材料 3D 打印方法，能够生产具有固体和液体成分的零件。

几乎当今所有的 3D 打印机，可能还有一些实验设备，3D 打印专门的实体对象。这对于从桌面玩具和齿轮到发动机零件和电子外壳的所有东西都非常有用，但是将液体部分集成到构建中的能力可以极大地扩展潜在应用的数量。

例如，固液打印机可以制造具有固体结构部件和集成液体线的整个可穿戴电子设备，以及更准确地模仿人体器官外观和感觉的逼真医疗模型。更进一步，这样的机器甚至可以通过一次打印运行来生产整个就地打印机器人，而无需任何组装。

该研究的资深作者 Robert MacCurdy 说：“我认为未来我们可以使用这个过程制造一个像机器人一样的完整系统。”

液体螺旋 3D 打印在固体块中。照片来自 CU 博尔德。

固液喷墨工艺

固液共打印方法基于材料喷射，一种喷墨 3D 打印技术。对于传统的喷墨系统，高精度打印头用于将光固化树脂喷射到构建平台上，使用紫外线硬化流体以形成固体层。

“在这些液滴沉积后不久，它们就会暴露在明亮的紫外线下，”MacCurdy 补充道。“可固化的液体在一秒钟或更短的时间内转化为固体。”

传统上，您希望紫外光固化所有喷射的树脂，但选择性地将一些材料保留为液体可以使其具有巧妙的设计特征。例如，液体可用于维持固体几何形状内的内部通道，然后可以轻松地将其清空。能够制造可溶性支撑的多材料 3D 打印机确实具有此功能，但仍然很难完全清除支撑，并且内部通道通常仅限于简单的几何形状。

关键是流体密度

启动该项目时，博尔德研究人员首先通过计算模拟了同时使用多种材料打印的物理特性。他们发现最大的问题之一是防止即将成为固体的材料液滴混合到液体材料液滴中，因为在许多情况下前者必须直接喷射到后者上。解决方案：确保液体材料比固体材料更致密和粘稠。

该研究的合著者布兰登海耶斯说：“我们发现液体的表面张力可用于支撑固体材料，但选择比固体材料密度更大的液体材料会有所帮助——与让油浮在水面上。”

该团队将他们的发现带到实验室，并通过在打印机上装载可固化的光敏聚合物(固体材料)和不可固化的清洁溶液(液体材料)来试验他们的技术。他们能够 3D 打印固体基质中的液体毛细管网络，以及螺旋状的液体模式。使用传统的纯实体 3D 打印机，这两种结构都是不可能的。

展望未来，MacCurdy 设想该技术将应用于集成原位打印多材料流体电路、电化学晶体管、芯片实验室设备和复杂机器人技术。

他总结道：“我们希望我们的结果将使世界各地的研究人员和爱好者更容易使用液体和固体进行多材料喷墨 3D 打印。”

3D 打印在固体基质中的液体毛细管网络。照片来自 CU 博尔德。