高通量组合3D打印新法面世，或改变新材料发现和制造“游戏规则”

美国圣母大学科学家发明了一种新型3D打印方法——高通量组合打印，能够控制材料的3D结构和局部成分，打印出柔韧程度呈梯度变化的材料，有望成为新材料发现和制造领域的“游戏规则改变者”。相关研究刊登于最新一期《自然》杂志。

HTCP的工作原理。 
图片来源：《自然》网站

清洁能源和环境可持续性及电子和生物医学设备的快速发展，加大了对新材料的需求，但发现一种新材料通常需要10—20年时间，如果能将这一时间缩短至不到一年甚至几个月，将改变新材料发现和制造的游戏规则。

鉴于此，圣母大学研究团队创造出一种称为高通量组合打印（HTCP）的新型3D打印方法，能以传统制造无法比拟的方式生产材料。在新工艺中，多种雾化纳米材料“油墨”会在一个打印喷嘴中混合，且在打印过程中，“油墨”中各种材料的比例也会动态改变。因此，HTCP能控制打印材料的3D结构和局部成分，并以微尺度空间分辨率生产柔韧程度逐渐变化的梯度材料。

研究团队指出，基于气溶胶的HTCP用途广泛，适用于打印各种金属、半导体和电介质，以及聚合物和生物材料。而且，它生成的组合材料具有“库”的功能，每个库包含数千种独特的成分，因此可显著加速新材料的研制。他们已经使用新方法打印出一种具有优异热电性能的半导体材料，这一材料有望在能量收集和冷却应用领域“大显身手”。而梯度材料可用作柔软的身体组织和坚硬的可穿戴或植入式设备之间的“桥梁”，在生物医学领域特别有用。

研究团队接下来计划将机器学习和人工智能策略应用于HTCP，提供更丰富的数据，以加速更多新材料的研发。

一种新的3D打印方法，以微尺度空间分辨率生产出柔韧程度可呈梯度变化的材料，有望成为“游戏规则的改变者”，开拓更为广阔的关于材料的想象空间。高通量组合打印技术制造的组合材料可被视为一个包含数千种成分的材料库，研究人员能从中找到具有独特性能的最佳材料成分。科研人员表示，新方法能够缩短新材料的发现周期——不到一年，甚至更短，人工智能技术还能将其进一步加速。诸多渴求新型材料的领域，如今仿佛站在了变革前夜。