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  基于光固化的數(shù)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(yīng)用已從早期的快速成型逐漸擴(kuò)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(shù)字光處理的基本原理及展示

  在低轉(zhuǎn)化率下，有機(jī)單體在氫鍵作用下和共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成穩(wěn)定的高拉伸（~1500%）低模量（~0.01MPa）有機(jī)凝膠軟材料。同時(shí)又能在完全反應(yīng)的情況下轉(zhuǎn)化為模量高達(dá)480MPa的硬質(zhì)聚合物。灰度數(shù)字光處理技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了對(duì)打印結(jié)構(gòu)力學(xué)特征在50微米尺度的像素級(jí)精確調(diào)控。如圖一所示，基于該技術(shù)打印的蝸牛，不僅能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形狀的高精度復(fù)制，還能還原其不同結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征：柔軟可拉伸的身體和堅(jiān)硬的外殼。基于該打印技術(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(fù)雜結(jié)構(gòu)及器件制造上的可行性。

圖二：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)力學(xué)復(fù)合結(jié)構(gòu)

仿生結(jié)構(gòu) 

圖三：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)仿生結(jié)構(gòu)

氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 

圖四：通過(guò)該技術(shù)打印的各類(lèi)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

  高拉伸的有機(jī)凝膠也展示了該技術(shù)在氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器件上的應(yīng)用潛力。圖四打印的仿河豚魚(yú)結(jié)構(gòu)，其魚(yú)肚為有機(jī)凝膠態(tài)，身體其余部分為硬質(zhì)聚合物。可用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)該空腔結(jié)構(gòu)來(lái)模擬河豚的應(yīng)激變形。而過(guò)去難以制造的氣動(dòng)執(zhí)行器也可以通過(guò)灰度數(shù)字光處理技術(shù)快速成型，實(shí)現(xiàn)可控的拉伸、彎曲、收縮和旋轉(zhuǎn)的基本動(dòng)作，以及通過(guò)基本動(dòng)作疊加的各類(lèi)復(fù)雜動(dòng)作。文章展示了一個(gè)纏繞抓取的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

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(yīng)用。在器件結(jié)構(gòu)中打印微孔并注入液態(tài)金屬，可實(shí)現(xiàn)對(duì)包括應(yīng)變、壓力、穿戴式等各類(lèi)傳感器的高度定制化打印。

  該工作通過(guò)聚合前驅(qū)體的材料創(chuàng)新結(jié)合灰度數(shù)字光處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)打印結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)特征大范圍調(diào)控。為聚合物基連續(xù)功能梯度材料與結(jié)構(gòu)的一體化制造提供了新思路，進(jìn)一步拓展了數(shù)字光處理在各類(lèi)多材料功能異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造上的應(yīng)用范圍。

  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36909-y