6月4日，資源庫(kù)獲悉，復(fù)旦大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種為3D打印部件添加顏色的新方法，據(jù)說(shuō)這種方法比傳統(tǒng)染色或著色更安全。

據(jù)透露，該方法圍繞著研究人員開(kāi)發(fā)的一種生物相容性墨水，該墨水產(chǎn)生的部件能夠通過(guò)“結(jié)構(gòu)著色”改變外觀，以響應(yīng)熱或光刺激。使用這種新材料，該團(tuán)隊(duì)表示可以生產(chǎn)從可穿戴生物傳感器到更多兒童安全玩具的所有東西。

從論文中我們得知，這種膽甾型液晶墨水可以為下一代環(huán)保3D光子打印提供啟示，墨水保持一種膽甾型液晶狀態(tài)，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色。該論文發(fā)表在本周的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志上。

3D打印部件在不同的熱條件下會(huì)變色，圖片來(lái)自南華早報(bào)。

克服染色的毒性

除了3D打印之外，眾所周知，某些消費(fèi)品（例如染發(fā)劑和衣物染料）會(huì)導(dǎo)致用戶出現(xiàn)健康問(wèn)題?？沙掷m(xù)服裝運(yùn)動(dòng)組織good on you甚至說(shuō)，在后者中，“今天使用的許多染料都是致癌的”，雖然臭名昭著的“偶氮染料”在歐盟被禁止，但它們經(jīng)常在其他地方使用。

研究人員對(duì)用于為3D打印細(xì)絲著色的顏料感興趣。雖然用于此目的的3D打印往往因材料而異，并且像許多東西一樣，在某些濃度下可能是有毒的，尤其是當(dāng)它們結(jié)塊時(shí)。這就是為什么如此廣泛的研究進(jìn)入食品或皮膚接觸“安全”的合格部分的部分原因，因?yàn)檫@些區(qū)域存在交叉污染的可能性。

話雖如此，在許多情況下，熔絲3D打印制造的部件著色對(duì)其最終應(yīng)用仍然至關(guān)重要，無(wú)論它們是逼真的臨床模型還是桌面人物。因此 ，上海復(fù)旦大學(xué)、南京東南大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的研究已經(jīng)在自然界中找到了解決方案。

具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們?cè)噲D復(fù)制一種稱為結(jié)構(gòu)著色的效應(yīng)，這種效應(yīng)被蝴蝶和孔雀等動(dòng)物用于從偽裝到吸引配偶中。在實(shí)踐中，這種現(xiàn)象通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生顏色錯(cuò)覺(jué)，足以干擾可見(jiàn)光，通常不需要色素沉淀。

“當(dāng)材料被照亮?xí)r，一些光源的波長(zhǎng)會(huì)被反射，從而產(chǎn)生我們所看到的顏色，”該研究的主要作者尚洛然告訴《南華早報(bào)》 。 “在自然界中，蝴蝶、昆蟲(chóng)、變色龍和一些植物的翅膀上沒(méi)有顏料就形成了鮮艷的金屬色。”

“結(jié)構(gòu)著色，基于顏色的物理特性，更加穩(wěn)定，顏色不會(huì)輕易褪色?！?

其他一些原型是使用該團(tuán)隊(duì)的仿生墨水進(jìn)行3D打印的， 圖片來(lái)自張卓豪。

一種“結(jié)構(gòu)著色”的3D打印墨水

為了配制他們的新型3D打印材料，研究人員將明膠和水凝膠與羥丙基纖維素 (HPC) 和膽甾型纖維素液晶 (CLC) 結(jié)合在一起。使用HPC作為“構(gòu)建塊”，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠開(kāi)發(fā)出能夠產(chǎn)生明亮金屬色的CLC，而熱響應(yīng)水凝膠的集成使得這一過(guò)程可以被紫外線“觸發(fā)”。

為了評(píng)估他們材料的變色能力，科學(xué)家們隨后在錫箔和實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)等平面上進(jìn)行了不同形狀的3D打印原型。在每種情況下，據(jù)說(shuō)這些部件的外觀都會(huì)根據(jù)提示改變，因此該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在聲稱他們正在研究改進(jìn)配方的方法，例如用“天然衍生的替代品”替換其水凝膠。

研究人員表示，這樣做可以使他們的墨水可食用，從而為其提供一個(gè)新的潛在市場(chǎng)。該團(tuán)隊(duì)還在研究使用他們的材料在曲面上制造零件的可能性。從理論上講，這可以制造復(fù)雜的零件，例如兒童玩具中的零件，這些零件必須滿足某些無(wú)毒標(biāo)準(zhǔn)。

“預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步修改墨水的配方，”羅然總結(jié)道?！澳壳埃矬w打印在平面上。我們希望這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)能夠適應(yīng)不同形狀的曲面，比如蘋(píng)果?！?

去年，美國(guó)陸軍采用了類(lèi)似的仿生方法，為一種在光學(xué)部件上應(yīng)用類(lèi)似飛蛾的“衍射涂層”的方法申請(qǐng)了專利。照片來(lái)自魯本·馬克斯。

受自然啟發(fā)的增材制造

中國(guó)科學(xué)家的新材料可能很獨(dú)特，但令人驚訝的是，自然界似乎經(jīng)常成為3D打印創(chuàng)新的基礎(chǔ)。就在去年， 美國(guó)陸軍夜視實(shí)驗(yàn)室的成功開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的 3D打印滾輪，能夠印上可以使飛蛾隱形的圖案在軍事裝備上。

另外，浙江大學(xué)研究人員將墨魚(yú)作為他們開(kāi)發(fā)的仿生細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特能量吸收能力超輕量級(jí)，但仍能承受高達(dá)自身重量20,000倍的變形，該團(tuán)隊(duì)表示，此類(lèi)部件可用于制造飛機(jī)、裝甲、車(chē)輛或建筑。

同樣從海洋生物中汲取靈感，臺(tái)灣科技大學(xué)的也提出了新的格子3D打印結(jié)構(gòu) ，可以模仿海膽的形態(tài)。利用這些生物機(jī)械穩(wěn)定和承重的形狀，那里的團(tuán)隊(duì)能夠建造更高效的無(wú)支撐部件。

6月4日，資源庫(kù)獲悉，復(fù)旦大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種為3D打印部件添加顏色的新方法，據(jù)說(shuō)這種方法比傳統(tǒng)染色或著色更安全。

據(jù)透露，該方法圍繞著研究人員開(kāi)發(fā)的一種生物相容性墨水，該墨水產(chǎn)生的部件能夠通過(guò)“結(jié)構(gòu)著色”改變外觀，以響應(yīng)熱或光刺激。使用這種新材料，該團(tuán)隊(duì)表示可以生產(chǎn)從可穿戴生物傳感器到更多兒童安全玩具的所有東西。

從論文中我們得知，這種膽甾型液晶墨水可以為下一代環(huán)保3D光子打印提供啟示，墨水保持一種膽甾型液晶狀態(tài)，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色。該論文發(fā)表在本周的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志上。

3D打印部件在不同的熱條件下會(huì)變色，圖片來(lái)自南華早報(bào)。

克服染色的毒性

除了3D打印之外，眾所周知，某些消費(fèi)品（例如染發(fā)劑和衣物染料）會(huì)導(dǎo)致用戶出現(xiàn)健康問(wèn)題?？沙掷m(xù)服裝運(yùn)動(dòng)組織good on you甚至說(shuō)，在后者中，“今天使用的許多染料都是致癌的”，雖然臭名昭著的“偶氮染料”在歐盟被禁止，但它們經(jīng)常在其他地方使用。

研究人員對(duì)用于為3D打印細(xì)絲著色的顏料感興趣。雖然用于此目的的3D打印往往因材料而異，并且像許多東西一樣，在某些濃度下可能是有毒的，尤其是當(dāng)它們結(jié)塊時(shí)。這就是為什么如此廣泛的研究進(jìn)入食品或皮膚接觸“安全”的合格部分的部分原因，因?yàn)檫@些區(qū)域存在交叉污染的可能性。

話雖如此，在許多情況下，熔絲3D打印制造的部件著色對(duì)其最終應(yīng)用仍然至關(guān)重要，無(wú)論它們是逼真的臨床模型還是桌面人物。因此 ，上海復(fù)旦大學(xué)、南京東南大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的研究已經(jīng)在自然界中找到了解決方案。

具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們?cè)噲D復(fù)制一種稱為結(jié)構(gòu)著色的效應(yīng)，這種效應(yīng)被蝴蝶和孔雀等動(dòng)物用于從偽裝到吸引配偶中。在實(shí)踐中，這種現(xiàn)象通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生顏色錯(cuò)覺(jué)，足以干擾可見(jiàn)光，通常不需要色素沉淀。

“當(dāng)材料被照亮?xí)r，一些光源的波長(zhǎng)會(huì)被反射，從而產(chǎn)生我們所看到的顏色，”該研究的主要作者尚洛然告訴《南華早報(bào)》 。 “在自然界中，蝴蝶、昆蟲(chóng)、變色龍和一些植物的翅膀上沒(méi)有顏料就形成了鮮艷的金屬色。”

“結(jié)構(gòu)著色，基于顏色的物理特性，更加穩(wěn)定，顏色不會(huì)輕易褪色?！?

其他一些原型是使用該團(tuán)隊(duì)的仿生墨水進(jìn)行3D打印的， 圖片來(lái)自張卓豪。

一種“結(jié)構(gòu)著色”的3D打印墨水

為了配制他們的新型3D打印材料，研究人員將明膠和水凝膠與羥丙基纖維素 (HPC) 和膽甾型纖維素液晶 (CLC) 結(jié)合在一起。使用HPC作為“構(gòu)建塊”，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠開(kāi)發(fā)出能夠產(chǎn)生明亮金屬色的CLC，而熱響應(yīng)水凝膠的集成使得這一過(guò)程可以被紫外線“觸發(fā)”。

為了評(píng)估他們材料的變色能力，科學(xué)家們隨后在錫箔和實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)等平面上進(jìn)行了不同形狀的3D打印原型。在每種情況下，據(jù)說(shuō)這些部件的外觀都會(huì)根據(jù)提示改變，因此該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在聲稱他們正在研究改進(jìn)配方的方法，例如用“天然衍生的替代品”替換其水凝膠。

研究人員表示，這樣做可以使他們的墨水可食用，從而為其提供一個(gè)新的潛在市場(chǎng)。該團(tuán)隊(duì)還在研究使用他們的材料在曲面上制造零件的可能性。從理論上講，這可以制造復(fù)雜的零件，例如兒童玩具中的零件，這些零件必須滿足某些無(wú)毒標(biāo)準(zhǔn)。

“預(yù)計(jì)會(huì)進(jìn)一步修改墨水的配方，”羅然總結(jié)道?！澳壳埃矬w打印在平面上。我們希望這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)能夠適應(yīng)不同形狀的曲面，比如蘋(píng)果?！?

去年，美國(guó)陸軍采用了類(lèi)似的仿生方法，為一種在光學(xué)部件上應(yīng)用類(lèi)似飛蛾的“衍射涂層”的方法申請(qǐng)了專利。照片來(lái)自魯本·馬克斯。

受自然啟發(fā)的增材制造

中國(guó)科學(xué)家的新材料可能很獨(dú)特，但令人驚訝的是，自然界似乎經(jīng)常成為3D打印創(chuàng)新的基礎(chǔ)。就在去年， 美國(guó)陸軍夜視實(shí)驗(yàn)室的成功開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的 3D打印滾輪，能夠印上可以使飛蛾隱形的圖案在軍事裝備上。

另外，浙江大學(xué)研究人員將墨魚(yú)作為他們開(kāi)發(fā)的仿生細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特能量吸收能力超輕量級(jí)，但仍能承受高達(dá)自身重量20,000倍的變形，該團(tuán)隊(duì)表示，此類(lèi)部件可用于制造飛機(jī)、裝甲、車(chē)輛或建筑。

同樣從海洋生物中汲取靈感，臺(tái)灣科技大學(xué)的也提出了新的格子3D打印結(jié)構(gòu) ，可以模仿海膽的形態(tài)。利用這些生物機(jī)械穩(wěn)定和承重的形狀，那里的團(tuán)隊(duì)能夠建造更高效的無(wú)支撐部件。