哈佛Lewis：多材料粘弹性墨水在3D打印头中的控制策略

这一篇文献是来自生物3D打印界大名鼎鼎的 Lewis 教授，文章主要提出了一种二合一式的打印头喷嘴，并进行建模分析提出了控制策略。

先看一眼最终打印了什么：

是不是挺酷的！
在连续地挤出打印中，可以在两种材料中实现切换，而且从图中看出，精度还不错，结构尺寸很小，颜色切换很清晰呢！
当然，从图片还可以看出，从红色向白色的切换还是不能做到完美，在交界处的粉色还是比较明显的。
上面这张图里，最右下角的照片写的是strained，意思是在受拉力情况下的照片，你看，两种弹性模量不同的材料，打印的整体结构将产生神奇的效果，下一篇文章呼之欲出了。

这里还有一段视频，很清晰地展示了材料切换的神奇能力：

怎么做到的呢？

加工了一个二合一的流道件，两侧接两个注射泵，两种材料在中心汇合为一，喷嘴有一处独特设计，将原本的直径d2=200um，扩增到了d3=400um，这里的作用是将材料的界面锐化，如下图所示：

直径增大为2倍，则截面积增大为4倍，则过渡长度就能减小为1/4，是不是挺聪明的！

懂行的人可能要问了，这是什么材料，界面这么清晰，看起来应该得挺黏吧！
是的！这是基于PDMS的材料，粘度在91Pa s左右，超粘的！下图中的A和B就是红和黑两种材料。

咱们生物3D打印领域，使用的许多水凝胶材料，就是很黏的，有时甚至要将粘度值调高一些使得打印容易一些。

非常认真地测试了材料的流变性，并得到了非牛顿流体的HB模型参数：

然后详细分析了喷嘴内部压力与流速的具体关系，建模方法还挺有趣的，是将材料的粘弹性性质与喷头结构对应了电气学中的电容、电阻，让压力对应于电压，让流量对应于电流，所以下图中看到喷嘴出口处是传说中的“接地”了：

不过，经过大量的计算、推导之后，得到了一个简单控制策略，或者说应该是先实验了这个预想的控制策略，再进行的公式推导吧。

简单地说，在由红向黑切换时，红色向回吸一个值，同时黑色向下多挤一个值，就这么简单。
这种打印模式前景广阔，值得业内重视。

作者：王赫然
来源：生物3D打印前沿科技

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