用光控制多材料3D打印

威斯康星大学麦迪逊分校开发的一种新型光学技术允许一次打印多种材料。使用多种材料的3D打印仍然是一个相当复杂的过程，但现在新的研究通过使用不同波长的光更容易。由威斯康星大学(UW)的科学家开发的一种新技术和3D打印机 - 麦迪逊使用可见光和紫外光的图案来指导两种单体中的哪一种聚合形成固体材料。

UW-Madison化学教授AJ Boydston说，这些不同的模式提供了创建由多种材料制成的零件所必需的空间控制，他与他的研究生Johanna Schwartz一起领导了这项研究。Atlantic Design&Manufacturing是东海岸领先的设计工程师贸易展，提供最新的3D打印，自动化和CAD / CAM软件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他数百种软件。

“就像3D打印一样令人惊讶，在许多情况下它只提供一种颜色来绘画，”他说。“这个领域需要一个完整的调色板。”Boydston说，新工艺的应用可能包括创建个性化医疗设备，如假肢，或开发可用于培训医学生的模拟器官和组织。目前除了一些实验技术外，大多数3D打印机一次只能生产由一种材料制成的零件。但是研究人员希望通过这项技术做更多的事情，即打印更复杂的物体，这也是他们探索如何同时使用多种材料进行打印的原因。

研究人员表示，Boydston和Schwartz的方法采用单缸，多组分方法 - 类似于化学家在合成分子时的一锅法。他们的技术基于不同波长的光的能力来控制哪种起始材料聚合成固体产品的不同部分。

该过程中使用的材料最初是作为化学物质，称为单体，最终聚合成更长的一系列化学物质，这就是塑料的制造方式。

自下而上的方法

“这是我们如何考虑在一个物体中使用多种材料进行3D打印的方式，”Boydston解释说。“从分子到网络，这更像是一种自下而上的化学家的方法。”

为了开发他们的技术，该团队创建了多个数字图像，这些图像在堆叠时可以生成3D设计。他们说，这些图像控制是否使用紫外线或可见光来聚合起始材料。这就是他们如何控制最终材料及其性能，例如刚度。

在此过程中，研究人员同时将来自两台投影仪的光线导向一大桶液体起始材料，其中奇异层构建在平台上。研究人员表示，在形成一层之后，物体从下向上逐层构建，光线构建下一层，然后等等。该团队在Nature Communications杂志上发表了一篇关于他们工作的论文。

Boydston和Schwartz说，他们面临的最大挑战是优化原料的化学性质，因为他们必须考虑两种单体在一个桶中的表现。

Boydston说，他们还必须确保两种材料的固化时间相似，以便每层中的硬质和软质材料在大约相同的时间内完成干燥。他们说，一旦他们实现了这一目标，他们现在可以通过使用紫外线或可见光确切地决定每个单体在印刷物体内固化的位置。

“在这个阶段，我们只完成了将硬质材料放在软质材料旁边的一步，”Boydston说。“有许多不完善之处，但这些都是令人兴奋的新挑战。”

他补充说，接下来，该团队的目标是解决这些不完善之处，并探索在这个过程中可以使用的其他材料组合和不同的光波长。研究人员还希望建立一个跨学科团队，可以增加波长控制，多材料3D打印对未来应用的影响。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰写了20多年的技术和文化。她曾在凤凰城，旧金山和纽约市作为专业记者生活和工作。在空闲时间，她喜欢冲浪，旅游，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。