研究人員已經開發(fā)出一種自動3-D打印方法，該方法可以使用不同的材料生產多色3-D微結構。新方法可用于制造各種光學組件，包括光學傳感器和光驅動致動器，以及用于諸如軟機器人和醫(yī)療應用之類的多材料結構。

日本橫濱國立大學的研究小組負責人丸尾章二說：“可以使用多種材料的組合來創(chuàng)建用一種材料無法實現(xiàn)的功能。” “像我們這樣的允許單步制造多材料結構的方法省去了組裝過程，從而可以高精度，低成本地生產器件。”

在光學學會(OSA)的《光學材料快報》上，Maruo及其同事描述了他們的新3-D打印方法，并通過創(chuàng)建各種多色3-D結構進行了演示。他們的技術基于立體光刻技術，這是一種3-D打印方法，非常適合制造微型設備，因為它使用緊密聚焦的激光束來制作復雜的細節(jié)特征。

Maruo說：“使用3-D打印技術制造多材料微尺度光學元件的能力可以幫助縮小用于醫(yī)療和診斷的光學設備的尺寸。” “這可以提高在體內或體內使用這些設備的能力，同時使它們成為一次性的，這將有助于提供先進且安全的醫(yī)學診斷。”

優(yōu)化彩色立體光刻

立體光刻技術通過使用激光以逐層方式硬化稱為光固化樹脂的光活化材料來建立高精度的3D 結構。微流體通常用于固定液態(tài)樹脂，但是在切換材料時要避免不同的樹脂相互污染，而又不會在打印物體上產生大量廢料或形成氣泡，這是一個挑戰(zhàn)。

在這項新工作中，研究人員開發(fā)了一種將各種材料保持在液滴狀態(tài)的方法，這使它們可以更輕松地在封閉空間(例如微通道)中進行交換而不會產生浪費。為了抑制氣泡，每次更換樹脂時，在樹脂內部移動3D打印結構。他們還集成了兩步過程，以在更換樹脂時徹底清潔3-D打印結構以防止交叉污染。

為了實施這種優(yōu)化方法，研究人員創(chuàng)建了一個調色板來容納多種樹脂，并將其，兩個清潔槽和一個空氣噴嘴放置在電動平臺上。Maruo說：“所有過程，包括3-D打印，樹脂替換，氣泡去除和清潔，都是使用我們開發(fā)的軟件順序進行的。” “這允許自動創(chuàng)建多色3-D微結構。”

創(chuàng)建多色3-D結構

研究人員通過將各種類型的光固化樹脂放在調色板中并使用它們創(chuàng)建3-D微結構來測試該方法。對于其中一個演示結構(一個直徑僅為1.5毫米的微型多色立方體)，3-D打印系統(tǒng)在6小時的制造過程中交換了五種顏色的樹脂250次。研究人員還表明，調整多色樹脂的層數(shù)可以調整結構各部分的吸光度，從而使它們可以通過組合紅色，藍色，綠色和黃色層來創(chuàng)建具有黑色等顏色的微結構。

Maruo說：“這種方法不僅可以應用于多色樹脂，而且可以應用于多種材料。” “例如，將各種陶瓷微?；蚣{米顆粒與可光固化樹脂混合，可用于3D打印各種類型的玻璃。它還可與生物相容性陶瓷材料一起使用，以制造用于再生骨骼和牙齒的支架。”

研究人員現(xiàn)在正在努力縮短更換樹脂和去除氣泡等過程所需的時間，以加快制造速度。他們還計劃使用他們先前證明的技術來構建多尺度制造系統(tǒng)，其中通過修改聚焦透鏡和激光曝光條件，可以將制造分辨率從不到一微米更改為幾十微米。