智能墨水增加了三维打印的新维度

达特茅斯学院的研究人员开发出一种智能墨水，将3D打印结构转变为可以改变形状和颜色的物体。这种创新有望为3D打印增加更多的功能，并为新一代印刷材料铺平道路。

在形式转变智能印刷方面的进步——也称为4D打印——提供了一种低成本替代印刷精密零件，用于从生物医学到能源工业等领域。

“这项技术赋予生命以3D打印对象，”陈峰可说，在达特茅斯化学助理教授。”虽然许多3D打印结构只是不反映材料分子特性的形状，但这些油墨将功能分子带到3D打印世界。我们现在可以打印各种用途的智能对象。

许多3D打印协议依赖于光固化树脂，导致硬塑料物体具有刚性但随机的分子结构。新的工艺允许设计者在材料中保留特定的分子排列和功能，并将这些结构转换为3D打印。

通过在印前和后期印刷过程中使用新技术的结合，研究人员能够将印刷品减少到原来尺寸的1%和分辨率的10倍。通过使用超分子柱，3D打印对象甚至可以动态地重复展开和缩小尺寸。有了荧光跟踪器，物体就可以根据外界刺激，例如光来改变颜色。

能够减少打印后对象的大小，同时保留功能特性和提高分辨率，这使得廉价打印机能够打印高分辨率的对象，而这些对象曾经是更复杂的打印机。

根据这项研究，为Angewandte Chemie的大纸，在德国化学学会杂志，智能墨水可以打印在粗糙，300微米的分辨率，但最终产品会采用更细的线宽为30微米。

柯说：“这个过程可以使用1000美元的打印机来打印过去需要100000美元的打印机。”这种技术是可伸缩的，适应性广，可以大大降低成本。

创建智能墨水，研究人员使用了一种基于聚合物的“车”，融合了智能分子系统为印刷凝胶并允许为他们的功能从纳米到宏观尺度变换。

虽然大多数材料在3D打印过程中容易硬化，但新工艺引入了一系列的后印刷反应，将活性成分锁定在一起，并在整个印刷过程中保留分子结构的形式。

其结果是一个具有分子设计的印刷体，它被设计成转换自身：如果你给它提供化学燃料，它就会改变形状。如果你给它照上一个光，它就可以变色。

“这是我们以前从未见过的。我们不仅可以3D打印物体，我们还可以告诉这些物体中的分子在打印后肉眼可以看到的水平上重新排列它们。柯说：“这种发展可以释放出开发智能材料的巨大潜力。”。

虽然研究人员认为这项技术还远没有能够动态改变其配置的智能3D系统，但目前该技术的应用可能是打印精确的过滤器和存储设备。随着时间的推移，研究人员期望的过程可能会导致一个新的宏观的3D打印，可以用来传送药物或产生高分辨率的骨替代物类。

据参与这项研究的研究小组称：“我们相信，这种新的方法将启动基于小分子的3D打印材料的开发，大大加快智能材料和设备的发展，超出我们目前的掌握能力，能够在环境刺激下完成复杂的任务。”

在近期，研究人员希望智能墨水对材料化学家、3D打印工程师以及其他有兴趣将功能材料引入3D打印的人有用。

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