作为一项潜在的革新性制造技术，增材制造（3D打印）工艺指的是利用一束激光辐照液态聚合物或其他合适的原料，一层一层地固化并融合形成三维结构。

    单一原料的增材制造技术已被广泛研究，然而针对同一部件的多种原料混合增材制造工艺仍然很有挑战性，而且在打印操作过程中，能够实现从三个维度同时控制多种材料成型的技术方法十分有限。 

    据悉，在威斯康星大学麦迪逊分校的一个项目中，研发人员整合了若干种长波可见光，开发出一种新型3D打印平台，精准地实现了如上所述的多种原料混合增材制造技术。 

    威斯康星大学麦迪逊分校的Andrew Boydston介绍说：“尽管3D打印技术令人惊讶，但在多数情况下只能‘单色’打印，而这一领域需要的是一块‘全彩调色板’。” 

    以往的混合材料增材制造工艺，要么在已经部分成型的组件上增加进料通道以添加新原料，要么在增材制造工艺操作过程中更换正在使用的光敏树脂材料。然而这些方法无法将增材制造与化学合成紧密结合，所以都不能达到理想的加工效果。 

    该项目的突破性成就，在于开拓了数字光处理（DLP）和微镜控制技术在光源三维精确操纵方面的进展。其光固化3D打印平台将多束光源射向同一桶光敏树脂，通过精确控制数字光处理过程的微镜反射方向，在同一对象的三个不同维度上实现了化学组分调控。 

    试验中，这一数字光处理耦合增材制造工艺（DLP-AM）还成功尝试了可见光和紫外光的整合运用，在由丙烯酸酯和环氧基光敏树脂的组分配方中，可根据入射光波长的变化，实现多种材料打印及空间成型操控。 

“3D打印技术的转型” 

    该项目也开展了“4D打印”应用研究，设计的一种混合材料增材制造部件，成型后浸没于适当的液体中，将呈现空间受控膨胀特性，从而有效地创造了混合材料执行器。 

    这种方法利用具有不同膨胀性能的多种材料制造如此复杂的组件构型，在多种应用领域中的空间受控执行器生产方面，将是一项行之有效的技术手段。 

    该项目研发人员发表文章中评论道，“多材料光固化空间控制增材制造技术（MASC-AM）将DLP技术投射的光源与成型化学成分相关联，针对目标打印部件的整个体积，建立了一种不均匀材料的空间受控快速成型方法。多种材料组合形成的构件，将在空间受控的膨胀过程中表现出材料不均匀性和机械各向异性，这些性能都是来自于同一桶光敏树脂，仅需简单地输入受控的光源组合即可实现。” 

    这项技术终将在许多工程应用中提供益处，包括机械响应材料的应力集中设计、组织模型仿真、过度成型部件的控制级配、动态光学材料和自主执行器等。 

    “我们认为，单一对象的混合材料增材制造是3D打印技术转型。” Boydston表示，“由分子到网络，这更像是一种自下而上的化学家思维。眼下，我们只是完成了将硬质材料一步放置到软质材料旁边。尽管还有许多不完美之处，但这些都是令人兴奋的新挑战啊。”

消息来源：http://optics.org/news/10/3/24

编译者：云光子

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