基于光固化的數字光處理（Digital Light Processing, DLP）3D打印是一種高速度、高精度的打印技術(shù)。近年來(lái)其應用已從早期的快速成型逐漸擴展到各種智能器件的打印。單一材料已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足各種功能化的打印需求。

圖一：灰度數字光處理的基本原理及展示

在低轉化率下，有機單體在氫鍵作用下和共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )形成穩定的高拉伸（~1500%）低模量（~0.01MPa）有機凝膠軟材料。同時(shí)又能在完。全反應的情況下轉化為模量高達480MPa的硬質(zhì)聚合物?；叶葦底止馓幚砑夹g(shù)則實(shí)現了對打印結構力學(xué)特征在50微米尺度的像素級精確調控。如圖一所示，基于該技術(shù)打印的蝸牛，不僅能實(shí)現結構形狀的高精度復制，還能還原其不同結構的力學(xué)特征：柔軟可拉伸的身體和堅硬的外殼?；谠摯蛴〖夹g(shù)，作者展示了其在過(guò)去無(wú)法通過(guò)單次打印一體成型的各類(lèi)復雜結構及器件制造上的可行性。

復合材料結構

圖二：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)力學(xué)復合結構

文章展示了通過(guò)該技術(shù)實(shí)現的內嵌纖維的各向異性結構，高仿真膠原三螺旋結構和性能梯度結構等復雜力學(xué)結構的一體成型。

仿生結構

圖三：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)仿生結構

人體及各類(lèi)生物組織通常都為軟硬復合結構。此類(lèi)復合仿生結構的一體化成型一直是3D打印的一大難點(diǎn)。圖三展示了該工作在此類(lèi)應用上的實(shí)用示例。定制化快速打印具有解剖結構與機械性能的心臟瓣膜高仿真模型，可以幫助醫生對植入體進(jìn)行術(shù)前臨床模擬研究。仿生魚(yú)鰭結構可以打印出堅硬的魚(yú)骨和可開(kāi)合的肌肉，可用于各類(lèi)仿生機器部件。同時(shí)可以通過(guò)該技術(shù)打印層狀貝殼珍珠母(Nacre)或者纖維布利岡(Bouligand) 等工程仿生復合結構，幫助研究其強韌機制。

氣動(dòng)驅動(dòng)結構

圖四：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)氣動(dòng)驅動(dòng)機構

高拉伸的有機凝膠也展示了該技術(shù)在氣動(dòng)驅動(dòng)器件上的應用潛力。圖四打印的仿河豚魚(yú)結構，其魚(yú)肚為有機凝膠態(tài)，身體其余部分為硬質(zhì)聚合物?？捎脷鈩?dòng)驅動(dòng)該空腔結構來(lái)模擬河豚的應激變形。而過(guò)去難以制造的氣動(dòng)執行器也可以通過(guò)灰度數字光處理技術(shù)快速成型，實(shí)現可控的拉伸、彎曲、收縮和旋轉的基本動(dòng)作，以及通過(guò)基本動(dòng)作疊加的各類(lèi)復雜動(dòng)作。文章展示了一個(gè)纏繞抓取的氣動(dòng)驅動(dòng)結構。

交互傳感器

圖五：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)定制傳感器

文章展示了該技術(shù)在各類(lèi)可交互，可穿戴的電子器件及傳感器制造上的應用。在器件結構中打印微孔并注入液態(tài)金屬，可實(shí)現對包括應變、壓力、穿戴式等各類(lèi)傳感器的高度定制化打印。

小結

該工作通過(guò)聚合前驅體的材料創(chuàng )新結合灰度數字光處理技術(shù)，實(shí)現了對打印結構的材料力學(xué)特征大范圍調控。為聚合物基連續功能梯度材料與結構的一體化制造提供了新思路，進(jìn)一步拓展了數字光處理在各類(lèi)多材料功能異質(zhì)結構制造上的應用范圍。

佐治亞理工齊航教授為該論文通訊作者，岳亮博士為文章第一作者。文章合作者包括來(lái)著(zhù)佐治亞理工團隊的S. Macrae Montgomery，孫曉昊博士，余璐霞博士和來(lái)自豐田汽車(chē)北美研究院的宋宇陽(yáng)博士和Masato Tanaka博士以及豐田中央研發(fā)實(shí)驗室的Tsuyoshi Nomura博士。該工作于近日發(fā)表在Nature Communications。

摩方精密作為微納3D打印的先。行。者和領(lǐng)。導。者，擁有全。球。領(lǐng)。先的超高精度打印系統，其面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)可應用于精密電子器件、醫療器械、微流控、微機械等眾多科研領(lǐng)域。在三維復雜結構微加工領(lǐng)域，摩方團隊擁有超過(guò)二十年的科研及工程實(shí)踐經(jīng)驗。針對客戶(hù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中可能出現的工藝和材料難題，摩方將持續提供簡(jiǎn)易高效的技術(shù)支持方案。

備注：文章已獲得轉載版權