来自德克萨斯大学奥斯汀分校、桑迪亚国家实验室和其他国家实验室的研究人员开发了一种新的3D打印方法，可以逐像素地创建具有不同属性的物体。这项名为“热塑性增材制造中的结晶度调控”（CRAFT）的技术，使用标准商用打印机和常用材料，即可生产出硬度和透明度各异的物品。该研究成果发表在《科学》杂志上。
研究人员利用单一原料制造出一个具有不同区域的模型人手，这些区域能够模拟皮肤、韧带、肌腱和骨骼的硬度或柔韧性。图中左侧为灰度设计图，用于打印3D模型手（中间）。右侧三个面板展示了手腕的横截面：渲染设计图（顶部）、打印的横截面（中间）以及对比度增强图像（底部），后者突出了内部坚硬晶体区域的分布。（图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校）
CRAFT 方法通过将灰度光图案投射到穿过液体的移动平台上，将液态环辛烯树脂转化为固态塑料物体。该工艺利用二维薄聚合物层构建物体，同时控制三维空间中的分子级有序性。“我们可以控制三维空间中的分子级有序性，从而彻底改变材料的机械和光学性质，”德克萨斯大学奥斯汀分校化学系副教授、该论文作者扎克·佩奇 (Zak Page) 表示。
该方法的一个潜在应用是创建用于医学教育的解剖模型。它可以使用单一原料模拟从骨骼到肌肉组织等各种特性的相互连接的结构。目前3D打印的医学模型通常使用昂贵的喷墨打印机和多种粘合性差的材料，导致界面处出现不真实的失效点。
一根拉伸杆由若干刚性区域和三个较软的区域组成。当拉伸杆被拉开时，最软的区域（标记为 1）首先被拉伸，然后是区域 2，最后是区域 3。（图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校）
这项技术还可以应用于能量阻尼领域，例如隔音或防护装备。Page设想开发出内部结构软硬交替的材料，类似于树皮和骨骼等天然材料。该方法兼容DLP或LCD 3D打印机，Page指出，具备灰度投影功能的此类打印机售价在1000美元或以下。
这项研究由美国能源部、国家科学基金会和罗伯特·A·韦尔奇基金会资助。该研究由亚历克斯·科米索和塞缪尔·莱吉萨蒙领导，他们之前都在桑迪亚国家实验室工作，莱吉萨蒙现在在萨凡纳河国家实验室工作，科米索在Azul 3D公司工作。
来源：cns.utexas.edu
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