在凝膠介質(zhì)中3D打印 奇跡發(fā)生了

現(xiàn)在,，3D打印早已不是什么新話(huà)題,，只要在計(jì)算機(jī)上建好模型，人們就可以用3D打印機(jī)在立體的空間里隨意“揮毫潑墨”了,。但是,，這份“隨意”依然有一些限制，如果是打印非常纖細(xì)復(fù)雜的部件,，或者使用柔軟,、脆弱的材料，打印制品都會(huì)容易變形,。

而現(xiàn)在,，一組美國(guó)研究們?yōu)檫@一問(wèn)題找到了巧妙的解決方案。只要用上一種生活中也很常見(jiàn)的東西,，就能讓所有纖細(xì)的結(jié)構(gòu)都得到支撐,，使3D打印獲得真正的“自由”。在演示視頻中,，研究者就用他們的設(shè)備毫不費(fèi)力地打出了擁有纖細(xì)觸手的“水母”,、俄羅斯套娃等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且絲毫不會(huì)走樣,。

▲一只3D打印水母,。原視頻來(lái)自：Sam Tracey

據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，一般3D打印機(jī)都是在空氣或者特種氣體環(huán)境下進(jìn)行打印,，而這些研究人員卻是一種名叫“卡波姆”的凝膠基質(zhì)中進(jìn)行3D打印,。卡波姆是由丙烯酸酯和多元醇聚合形成的一種交聯(lián)高分子材料，由于其分子鏈結(jié)構(gòu)中有很多親水性的羧基（—COOH）,，因此它可以“鎖住”大量水分子,，在分子鏈中間形成水凝膠。如果研究過(guò)化妝品的成分表,，你可能對(duì)卡波姆并不陌生,。僅需很低濃度的卡波姆即可起到高效的增稠作用，因此卡波姆凝膠從20世紀(jì)90年代起就已經(jīng)作為日化用品的流變調(diào)節(jié)劑而被廣泛使用了,。用卡波姆增稠后的日化用品一方面可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存放,，另一方面使用時(shí)的觸感也更加柔滑。

▲干燥（左）及凝膠狀態(tài)（右）的卡波姆,，在日化產(chǎn)品中也經(jīng)常能見(jiàn)到它,。

在這里,，研究者們使用的是顆粒大小只有7微米的卡波姆凝膠微粒。這種水凝膠有種特別的物理性質(zhì)：它平時(shí)可以穩(wěn)定地保持形狀,，而只需要施加低強(qiáng)度的剪切力就可以讓它表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性,。這也就是說(shuō)，當(dāng)3D打印的材料留在原地時(shí),，凝膠可以為它提供支撐,，而當(dāng)打印所用的針頭在凝膠中移動(dòng)時(shí)，它周?chē)�的凝膠又會(huì)流動(dòng)起來(lái),，不阻礙針頭的運(yùn)動(dòng),。而且，在針頭移走之后,，周?chē)�的凝膠還會(huì)再恢復(fù)原狀,。

▲在凝膠中打印的復(fù)雜管道結(jié)構(gòu)。原視頻來(lái)自：Sam Tracey

有了立體凝膠“畫(huà)板”的支撐,，科學(xué)家們只要控制一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的針頭作為“畫(huà)筆”,，將打印“顏料”注射到合適的位置就可以完成打印了�,！爱�(huà)筆”移動(dòng)的時(shí)候,，卡波姆凝膠像液體一樣讓針頭在其中滑過(guò)，而留下的“筆跡”則會(huì)在凝膠中留在原處,。

▲為了展示技術(shù)的精細(xì),，研究者們還打印起了迷你俄羅斯套娃。注意,，圖上的標(biāo)尺長(zhǎng)度可只有5毫米,。原視頻來(lái)自：Sam Tracey

提供支撐的凝膠基質(zhì)能與很多材料兼容，硅樹(shù)脂,、凝膠,、膠體甚至活細(xì)胞的分散液都可以作為“顏料”來(lái)進(jìn)行打印。在經(jīng)過(guò)處理之后,，凝膠中的打印品也可以毫發(fā)無(wú)損地取出,。例如，研究者們使用了加入光引發(fā)劑的打印材料來(lái)制作這些水母,，打印制品經(jīng)過(guò)紫外光照射交聯(lián)之后再經(jīng)過(guò)水洗去,，水母?jìng)兙涂梢詮哪�膠介質(zhì)中解放出來(lái)了。

在經(jīng)過(guò)交聯(lián)處理后,，3D打印的小水母就可以毫發(fā)無(wú)傷地從凝膠中取出,。圖片來(lái)自：T Bhattacharjee, K Schulze, W G Sawyer and T E Angelini, University of Florida

凝膠介質(zhì)的加入為3D打印技術(shù)拓展了更多的可能，它在生物技術(shù),、仿生結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域都可以找到自己的用武之地,。而這種利用尋常材料解決前沿問(wèn)題的巧妙思路,，對(duì)工程師們也很有啟發(fā)性。

真TM厲害，碉堡了