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。近年來其應用已從早期的快速成型逐漸擴展到各種智能器件的打印。單一材料已經(jīng)無法滿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，有機單體在氫鍵作用下和共價交聯(lián)網(wǎng)絡形成穩(wěn)定的高拉伸（~1500%）低模量（~0.01MPa）有機凝膠軟材料。同時又能在完。全反應的情況下轉(zhuǎn)化為模量高達480MPa的硬質(zhì)聚合物?；叶葦?shù)字光處理技術則實現(xiàn)了對打印結(jié)構力學特征在50微米尺度的像素級精確調(diào)控。如圖一所示，基于該技術打印的蝸牛，不僅能實現(xiàn)結(jié)構形狀的高精度復制，還能還原其不同結(jié)構的力學特征：柔軟可拉伸的身體和堅硬的外殼?；谠摯蛴〖夹g，作者展示了其在過去無法通過單次打印一體成型的各類復雜結(jié)構及器件制造上的可行性。

復合材料結(jié)構

圖二：通過該技術打印的各類力學復合結(jié)構

文章展示了通過該技術實現(xiàn)的內(nèi)嵌纖維的各向異性結(jié)構，高仿真膠原三螺旋結(jié)構和性能梯度結(jié)構等復雜力學結(jié)構的一體成型。

仿生結(jié)構

圖三：通過該技術打印的各類仿生結(jié)構

人體及各類生物組織通常都為軟硬復合結(jié)構。此類復合仿生結(jié)構的一體化成型一直是3D打印的一大難點。圖三展示了該工作在此類應用上的實用示例。定制化快速打印具有解剖結(jié)構與機械性能的心臟瓣膜高仿真模型，可以幫助醫(yī)生對植入體進行術前臨床模擬研究。仿生魚鰭結(jié)構可以打印出堅硬的魚骨和可開合的肌肉，可用于各類仿生機器部件。同時可以通過該技術打印層狀貝殼珍珠母(Nacre)或者纖維布利岡(Bouligand) 等工程仿生復合結(jié)構，幫助研究其強韌機制。

氣動驅(qū)動結(jié)構

圖四：通過該技術打印的各類氣動驅(qū)動機構

高拉伸的有機凝膠也展示了該技術在氣動驅(qū)動器件上的應用潛力。圖四打印的仿河豚魚結(jié)構，其魚肚為有機凝膠態(tài)，身體其余部分為硬質(zhì)聚合物?？捎脷鈩域?qū)動該空腔結(jié)構來模擬河豚的應激變形。而過去難以制造的氣動執(zhí)行器也可以通過灰度數(shù)字光處理技術快速成型，實現(xiàn)可控的拉伸、彎曲、收縮和旋轉(zhuǎn)的基本動作，以及通過基本動作疊加的各類復雜動作。文章展示了一個纏繞抓取的氣動驅(qū)動結(jié)構。

交互傳感器

圖五：通過該技術打印的各類定制傳感器

文章展示了該技術在各類可交互，可穿戴的電子器件及傳感器制造上的應用。在器件結(jié)構中打印微孔并注入液態(tài)金屬，可實現(xiàn)對包括應變、壓力、穿戴式等各類傳感器的高度定制化打印。

小結(jié)

該工作通過聚合前驅(qū)體的材料創(chuàng)新結(jié)合灰度數(shù)字光處理技術，實現(xiàn)了對打印結(jié)構的材料力學特征大范圍調(diào)控。為聚合物基連續(xù)功能梯度材料與結(jié)構的一體化制造提供了新思路，進一步拓展了數(shù)字光處理在各類多材料功能異質(zhì)結(jié)構制造上的應用范圍。

佐治亞理工齊航教授為該論文通訊作者，岳亮博士為文章第一作者。文章合作者包括來著佐治亞理工團隊的S. Macrae Montgomery，孫曉昊博士，余璐霞博士和來自豐田汽車北美研究院的宋宇陽博士和Masato Tanaka博士以及豐田中央研發(fā)實驗室的Tsuyoshi Nomura博士。該工作于近日發(fā)表在Nature Communications。

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