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  連續(xù)3D打印技術(shù)已成為構(gòu)造3D結(jié)構(gòu)的最有前途的方法之一。但大多數(shù)基于UV固化的3D打印方法，與熔融沉積3D打印（FDM）或基于3D擠出的方法相比，其料利用率較低，難以實(shí)現(xiàn)按需打印。并且，在連續(xù)3D打印過(guò)程中，液體樹(shù)脂不可避免地附著在固化結(jié)構(gòu)的表面，其附著量會(huì)隨著打印速度和粘度的增加而增加；同時(shí)，由于連續(xù)打印固化過(guò)程中光源非圖案區(qū)殘光的影響，會(huì)導(dǎo)致額外的固化或打印不穩(wěn)定性，從而降低3D打印的分辨率。

  為實(shí)現(xiàn)按需打印并同時(shí)提高打印過(guò)程的穩(wěn)定性，宋延林研究員團(tuán)隊(duì)提出了單墨滴3D打印的策略（視頻1），可以實(shí)現(xiàn)以單個(gè)墨滴為基本單元的可控制造精細(xì)3D結(jié)構(gòu)。他們?cè)?D打印體系中引入可退浸潤(rùn)的三相接觸線（TCL），大幅降低了液體樹(shù)脂在固化結(jié)構(gòu)表面的殘留，同時(shí)增加了3D打印體系中固液界面（包括液體樹(shù)脂與固化界面、液體樹(shù)脂與空氣之間的界面）的自由度及液滴的內(nèi)部樹(shù)脂循環(huán)，防止高速打印過(guò)程中樹(shù)脂額外固化導(dǎo)致的打印結(jié)構(gòu)凸起或臺(tái)階結(jié)構(gòu)，從而顯著提高了3D打印的精度。

視頻1 單墨滴3D打印實(shí)時(shí)過(guò)程

  實(shí)現(xiàn)單墨滴3D打印的關(guān)鍵是三相接觸線的可控回縮，這涉及到液體樹(shù)脂與固化界面的粘附、固體樹(shù)脂與固化界面的粘附及液體樹(shù)脂與固體樹(shù)脂之間的粘附。對(duì)于固體樹(shù)脂與固化界面之間的粘附，該團(tuán)隊(duì)在之前的研究工作中提出了利用仿生超潤(rùn)滑固化界面來(lái)減少固化樹(shù)脂與固化界面之間的粘附 (Research, 2018, 2018, 479560, Nature Communications, 2020, 11, 521)。除了仿生超潤(rùn)滑表面，平滑的疏水表面和具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的超雙疏表面也具有低粘附特性。他們基于上述表面進(jìn)行了單墨滴3D打印研究。

  如圖1a-c所示，在平滑的疏水石英表面上，盡管三相線可以發(fā)生回縮，但由于固化樹(shù)脂與固化界面之間的粘附力大，單墨滴3D打印不能實(shí)現(xiàn)；在超雙疏結(jié)構(gòu)表面（圖1d-f），可以發(fā)生連續(xù)固化實(shí)現(xiàn)打印。但是由于超雙疏源于固定于微納復(fù)合結(jié)構(gòu)與液體樹(shù)脂之間的空氣層，因此連續(xù)打印的過(guò)程不夠穩(wěn)定，并且打印的結(jié)構(gòu)側(cè)壁有豎條紋結(jié)構(gòu)；而在仿生潤(rùn)滑表面可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的固化，并將單個(gè)墨滴完全轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)的3D結(jié)構(gòu)（圖1g-i）。他們將三種固化表面與液體樹(shù)脂（γ₁）、固態(tài)樹(shù)脂的粘附（γ₂）及液體樹(shù)脂和固態(tài)樹(shù)脂之間的粘附（γ₃）規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)只有同時(shí)滿足γ₁>γ₃，γ₃>γ₂才能實(shí)現(xiàn)單墨滴3D打印（圖1j-k）。這為單墨滴3D打印的通用性奠定了基礎(chǔ)。

圖1 光固化界面性質(zhì)對(duì)單墨滴3D打印的影響。 (a-c)，平滑疏水表面的打印過(guò)程，打印結(jié)構(gòu)形貌及機(jī)理分析。(d-f), 含有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的超雙疏表面的打印過(guò)程，打印結(jié)構(gòu)形貌及機(jī)理分析。(g-i)，仿生超潤(rùn)滑表面的打印過(guò)程，打印結(jié)構(gòu)形貌及機(jī)理分析。(j)，單墨滴3D打印過(guò)程中涉及的三個(gè)界面。(k)，單墨滴3D打印的規(guī)律。

  該工作以“Continuous 3D printing from one single droplet”為題發(fā)表在Nature Communications（Nature Communications 2020, 11, 4685）上。論文的第一作者為中科院化學(xué)所博士生張虞，通訊作者為宋延林研究員，共同通訊作者為中科院化學(xué)所吳磊副研究員。該項(xiàng)工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的支持。

  論文連接：

  https://www.nature.com/articles/s41467-020-18518-1

  https://www.nature.com/articles/s41467-020-14366-1

  https://spj.sciencemag.org/journals/research/2018/4795604/