佐(zuo)治亞(ya)理(li)工(gong)：單(dan)壹(yi)前(qian)驅(qu)體(ti)灰(hui)度光(guang)聚(ju)合(he)實(shi)現壹(yi)體(ti)化(hua)3D打(da)印成型

基(ji)於光(guang)固(gu)化(hua)的(de)數字光(guang)處理(li)（Digital Light Processing, DLP）3D打(da)印(yin)是壹(yi)種(zhong)高(gao)速(su)度(du)、高(gao)精度(du)的(de)打(da)印技術(shu)。近(jin)年來其應用(yong)已從(cong)早期(qi)的(de)快(kuai)速(su)成(cheng)型(xing)逐漸擴(kuo)展(zhan)到各(ge)種智能(neng)器(qi)件(jian)的打印(yin)。單(dan)壹(yi)材料(liao)已經(jing)無(wu)法(fa)滿(man)足各(ge)種功能(neng)化(hua)的(de)打印需求(qiu)。

圖(tu)壹(yi)：灰(hui)度(du)數字光(guang)處理(li)的(de)基(ji)本原(yuan)理(li)及(ji)展(zhan)示(shi)

在(zai)低(di)轉(zhuan)化(hua)率(lv)下，有機(ji)單(dan)體在(zai)氫鍵作用(yong)下和共(gong)價(jia)交(jiao)聯網(wang)絡形成(cheng)穩(wen)定(ding)的(de)高(gao)拉伸(shen)（~1500%）低(di)模(mo)量(liang)（~0.01MPa）有機(ji)凝(ning)膠(jiao)軟材料(liao)。同時(shi)又(you)能(neng)在(zai)完(wan)。全(quan)反應的情(qing)況(kuang)下轉(zhuan)化(hua)為模(mo)量(liang)高(gao)達480MPa的(de)硬(ying)質(zhi)聚(ju)合(he)物(wu)。灰度數字光(guang)處理(li)技(ji)術(shu)則實(shi)現了(le)對打印結構力(li)學特征(zheng)在(zai)50微(wei)米尺(chi)度的(de)像素(su)級精確(que)調控。如(ru)圖壹(yi)所(suo)示(shi)，基(ji)於該技術(shu)打(da)印的蝸牛(niu)，不僅(jin)能(neng)實(shi)現結構形狀(zhuang)的(de)高(gao)精度(du)復制(zhi)，還(hai)能(neng)還(hai)原(yuan)其不同(tong)結構的力(li)學特征(zheng)：柔(rou)軟(ruan)可拉(la)伸(shen)的身體(ti)和堅(jian)硬(ying)的外殼。基(ji)於該打印技(ji)術(shu)，作者展(zhan)示(shi)了(le)其在過(guo)去無(wu)法(fa)通過單(dan)次打印壹(yi)體(ti)成(cheng)型(xing)的(de)各(ge)類復雜結構及器件(jian)制(zhi)造(zao)上(shang)的(de)可行(xing)性。

復合材料(liao)結構

圖(tu)二：通過該(gai)技術(shu)打(da)印的各(ge)類力(li)學復合結構

文章(zhang)展(zhan)示(shi)了(le)通過該(gai)技術(shu)實(shi)現的(de)內(nei)嵌(qian)纖維的各(ge)向(xiang)異性結構，高(gao)仿真(zhen)膠(jiao)原(yuan)三螺(luo)旋結構和性能(neng)梯度結構等復雜力(li)學結構的壹(yi)體(ti)成(cheng)型(xing)。

仿(fang)生結構

圖(tu)三：通過該(gai)技術(shu)打(da)印的各(ge)類仿(fang)生結構

人(ren)體(ti)及(ji)各(ge)類生物(wu)組織(zhi)通常都(dou)為軟(ruan)硬(ying)復合結構。此(ci)類復合仿生結構的壹(yi)體(ti)化(hua)成(cheng)型壹(yi)直(zhi)是3D打印的壹(yi)大難(nan)點(dian)。圖三展(zhan)示(shi)了(le)該工作在(zai)此(ci)類應(ying)用(yong)上(shang)的(de)實(shi)用(yong)示(shi)例(li)。定(ding)制(zhi)化(hua)快(kuai)速(su)打(da)印(yin)具有解(jie)剖(pou)結構與機械(xie)性能(neng)的(de)心(xin)臟瓣膜(mo)高(gao)仿真(zhen)模(mo)型(xing)，可以幫(bang)助醫生對植入體進(jin)行(xing)術(shu)前(qian)臨床模擬(ni)研(yan)究(jiu)。仿(fang)生魚(yu)鰭(qi)結構可以打印出堅(jian)硬(ying)的(de)魚(yu)骨(gu)和可開(kai)合(he)的肌(ji)肉，可用(yong)於(yu)各(ge)類仿(fang)生機(ji)器(qi)部(bu)件(jian)。同時可以通過該(gai)技術(shu)打(da)印層(ceng)狀(zhuang)貝殼珍珠(zhu)母(mu)(Nacre)或者纖維布利(li)岡(gang)(Bouligand) 等工程(cheng)仿(fang)生復合結構，幫(bang)助研(yan)究(jiu)其強韌機(ji)制(zhi)。

氣(qi)動(dong)驅(qu)動結構

圖(tu)四：通過該(gai)技術(shu)打(da)印的各(ge)類氣(qi)動驅(qu)動機(ji)構

高(gao)拉伸(shen)的(de)有機(ji)凝(ning)膠(jiao)也展(zhan)示(shi)了(le)該技術(shu)在(zai)氣動驅動(dong)器(qi)件(jian)上的應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)。圖四打印的仿(fang)河(he)豚(tun)魚(yu)結構，其魚(yu)肚(du)為有機(ji)凝(ning)膠(jiao)態，身體(ti)其余(yu)部(bu)分(fen)為硬(ying)質(zhi)聚(ju)合(he)物(wu)。可用(yong)氣(qi)動(dong)驅(qu)動該(gai)空(kong)腔(qiang)結構來模擬河(he)豚(tun)的(de)應(ying)激變(bian)形。而(er)過(guo)去難以制(zhi)造(zao)的(de)氣(qi)動(dong)執(zhi)行(xing)器也可以通過灰(hui)度數字光(guang)處理(li)技(ji)術(shu)快(kuai)速(su)成(cheng)型(xing)，實(shi)現可控的(de)拉伸、彎(wan)曲、收(shou)縮和旋轉(zhuan)的(de)基(ji)本動作，以及通過基(ji)本動作疊(die)加(jia)的(de)各(ge)類復雜動作。文章(zhang)展(zhan)示(shi)了(le)壹(yi)個纏繞(rao)抓取(qu)的氣(qi)動驅(qu)動結構。

交(jiao)互(hu)傳感(gan)器(qi)

圖(tu)五(wu)：通過該(gai)技術(shu)打(da)印的各(ge)類定(ding)制(zhi)傳感(gan)器(qi)

文章(zhang)展(zhan)示(shi)了(le)該技術(shu)在(zai)各(ge)類可交(jiao)互(hu)，可穿(chuan)戴(dai)的電子(zi)器件(jian)及傳感(gan)器(qi)制(zhi)造(zao)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)。在(zai)器(qi)件(jian)結構中(zhong)打印(yin)微(wei)孔(kong)並(bing)註入液態金屬(shu)，可實(shi)現對包括(kuo)應(ying)變(bian)、壓力(li)、穿戴(dai)式(shi)等各(ge)類傳感(gan)器(qi)的(de)高(gao)度定(ding)制(zhi)化(hua)打(da)印。

小(xiao)結

該(gai)工(gong)作通過聚(ju)合(he)前驅(qu)體(ti)的材料(liao)創新結合灰(hui)度數字光(guang)處理(li)技(ji)術(shu)，實(shi)現了(le)對打印結構的材料(liao)力(li)學特征(zheng)大範(fan)圍(wei)調控。為聚(ju)合(he)物(wu)基(ji)連續(xu)功能(neng)梯度材料(liao)與結構的壹(yi)體(ti)化(hua)制(zhi)造(zao)提(ti)供(gong)了(le)新思路，進壹(yi)步拓(tuo)展(zhan)了(le)數字光(guang)處理(li)在(zai)各(ge)類多(duo)材料(liao)功能(neng)異(yi)質結構制(zhi)造(zao)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)。

佐(zuo)治亞(ya)理(li)工(gong)齊(qi)航教授為該(gai)論(lun)文通訊(xun)作者，嶽亮(liang)博士為文章(zhang)第(di)壹(yi)作者。文章(zhang)合(he)作者包括(kuo)來(lai)著(zhe)佐(zuo)治亞(ya)理(li)工(gong)團(tuan)隊的(de)S. Macrae Montgomery，孫(sun)曉昊博士，余(yu)璐(lu)霞博士和來(lai)自(zi)豐(feng)田汽車北(bei)美(mei)研(yan)究(jiu)院(yuan)的(de)宋宇(yu)陽(yang)博士和Masato Tanaka博士以及豐田中(zhong)央(yang)研(yan)發實(shi)驗(yan)室的(de)Tsuyoshi Nomura博士。該(gai)工(gong)作於(yu)近日發表(biao)在Nature Communications。

摩方精密作為微(wei)納(na)3D打(da)印(yin)的(de)先(xian)。行(xing)。者和領(ling)。導。者，擁(yong)有全(quan)。球。領(ling)。先(xian)的(de)超高(gao)精度(du)打(da)印(yin)系統，其面投(tou)影(ying)微(wei)立體(ti)光(guang)刻（PμSL）技術(shu)可應(ying)用(yong)於(yu)精(jing)密電子(zi)器件(jian)、醫療器(qi)械(xie)、微(wei)流控、微(wei)機械(xie)等眾多(duo)科(ke)研(yan)領(ling)域(yu)。在(zai)三維(wei)復雜結構微(wei)加工(gong)領(ling)域(yu)，摩方團(tuan)隊擁(yong)有超過(guo)二十(shi)年的科(ke)研(yan)及(ji)工程(cheng)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)。針對客戶(hu)在新產品開(kai)發中(zhong)可能(neng)出(chu)現的(de)工(gong)藝(yi)和材料(liao)難題(ti)，摩方將持(chi)續(xu)提供(gong)簡(jian)易高(gao)效的(de)技(ji)術(shu)支(zhi)持方案(an)。

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