在多材料3D打印領域，業(yè)界一直尋求簡潔而經(jīng)濟的解決方案。

近日，Nature期刊上刊登了一項新的3D打印技術(shù)——通過蒸汽誘導相分離實現(xiàn)多功能直接墨水書寫。該論文介紹了一種在室溫條件下打印聚合物、金屬和復合材料的新方法，該方法基于聚合物蒸汽誘導相分離（VIPS）技術(shù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47452-9

首先，讓我們一起來看看它的運作原理。它從一種含有所需3D打印材料粒子的特殊液態(tài)墨水開始，這種液態(tài)墨水通過一個類似于注射器的噴頭被擠壓出來，進入構(gòu)建空間。

VIPS-3DP流程示意圖

當材料從噴頭釋放時，它會接觸到構(gòu)建空間內(nèi)的流動蒸汽，這些蒸汽由一種特定的非溶劑制成。然后，一個有趣的化學反應發(fā)生了：非溶劑蒸汽與液體反應，提取出一種溶劑，導致液體發(fā)生了相分離，這種相分離讓嵌入其中的粒子固化了。

基于ABS聚合物的打印結(jié)果

VIPS-3DP技術(shù)因其與多種材料的兼容性而顯得非常有用，不僅適用于聚合物，也適用于金屬和陶瓷粒子。此外，還可以在墨水中混合不同的粒子來創(chuàng)建混合材料。例如，研究人員已成功使用VIPS-3DP技術(shù)打印出了復合材料制成的對象。

VIPS-3DP復合打印結(jié)果

此技術(shù)也已擴展到打印含金屬的聚合物墨水或載有復合材料粉末的聚合物墨水，這些材料經(jīng)過熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩驈秃喜牧喜考?。不過，混合使用聚合物、金屬和陶瓷可能會因為它們不同的燒結(jié)溫度而帶來挑戰(zhàn)。

用于多孔結(jié)構(gòu)開發(fā)的金屬-致孔劑復合材料

VIPS-3DP的一個獨到之處在于，它可以通過調(diào)整打印參數(shù)來控制成品的孔隙率，這讓操作者可以打印出具有空間可調(diào)性的多孔結(jié)構(gòu)以及功能梯度的部件。

鑒于其巨大潛力，這項研究未來幾乎肯定會實現(xiàn)商業(yè)化。

但是還有幾個問題值得討論，一是關(guān)于可用于VIPS-3DP的材料種類。所有的聚合物是不是都可以兼容，還是存在某些限制？另一個問題涉及到VIPS-3DP的打印速度。根據(jù)研究人員提供的打印過程視頻顯示，其打印速度比較慢。如果打印速度的限制較大，可能會影響到其商業(yè)化前景。

在多材料3D打印領域，業(yè)界一直尋求簡潔而經(jīng)濟的解決方案。

近日，Nature期刊上刊登了一項新的3D打印技術(shù)——通過蒸汽誘導相分離實現(xiàn)多功能直接墨水書寫。該論文介紹了一種在室溫條件下打印聚合物、金屬和復合材料的新方法，該方法基于聚合物蒸汽誘導相分離（VIPS）技術(shù)。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47452-9

首先，讓我們一起來看看它的運作原理。它從一種含有所需3D打印材料粒子的特殊液態(tài)墨水開始，這種液態(tài)墨水通過一個類似于注射器的噴頭被擠壓出來，進入構(gòu)建空間。

VIPS-3DP流程示意圖

當材料從噴頭釋放時，它會接觸到構(gòu)建空間內(nèi)的流動蒸汽，這些蒸汽由一種特定的非溶劑制成。然后，一個有趣的化學反應發(fā)生了：非溶劑蒸汽與液體反應，提取出一種溶劑，導致液體發(fā)生了相分離，這種相分離讓嵌入其中的粒子固化了。

基于ABS聚合物的打印結(jié)果

VIPS-3DP技術(shù)因其與多種材料的兼容性而顯得非常有用，不僅適用于聚合物，也適用于金屬和陶瓷粒子。此外，還可以在墨水中混合不同的粒子來創(chuàng)建混合材料。例如，研究人員已成功使用VIPS-3DP技術(shù)打印出了復合材料制成的對象。

VIPS-3DP復合打印結(jié)果

此技術(shù)也已擴展到打印含金屬的聚合物墨水或載有復合材料粉末的聚合物墨水，這些材料經(jīng)過熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩驈秃喜牧喜考?。不過，混合使用聚合物、金屬和陶瓷可能會因為它們不同的燒結(jié)溫度而帶來挑戰(zhàn)。

用于多孔結(jié)構(gòu)開發(fā)的金屬-致孔劑復合材料

VIPS-3DP的一個獨到之處在于，它可以通過調(diào)整打印參數(shù)來控制成品的孔隙率，這讓操作者可以打印出具有空間可調(diào)性的多孔結(jié)構(gòu)以及功能梯度的部件。

鑒于其巨大潛力，這項研究未來幾乎肯定會實現(xiàn)商業(yè)化。

但是還有幾個問題值得討論，一是關(guān)于可用于VIPS-3DP的材料種類。所有的聚合物是不是都可以兼容，還是存在某些限制？另一個問題涉及到VIPS-3DP的打印速度。根據(jù)研究人員提供的打印過程視頻顯示，其打印速度比較慢。如果打印速度的限制較大，可能會影響到其商業(yè)化前景。