根据夏威夷大学马诺阿分校的消息，机械工程研究人员合作撰写了一篇关于糊状材料打印挑战的综合性综述，该论文指出理解底层物理机制可提高制造可靠性。

这篇发表于《流体力学年评》的论文汇集了数十年的研究成果，为从人工组织到建筑等各种打印应用绘制了技术路线图。

夏威夷大学马诺阿分校工程学院副教授Tyler R. Ray表示，目前的3D打印高度依赖经验和经验法则，需要通过略微调整配方和参数来实现可行打印，研究的目标是为工程师提供基于物理预测的工具以补充经验。

研究的打印方法称为直写成型（DIW），其工作原理类似于蛋糕装饰，材料必须顺畅地通过喷嘴流出并立即保持形状而不融化或塌陷。

该方法涵盖多种可打印“墨水”，包括活细胞、混凝土、陶瓷或聚合物混合物，为实现常规塑料3D打印无法制造的对象和形态开辟了可能性。

马里兰大学副教授、该论文的第一作者Alban Sauret指出，直写印刷中使用的糊状材料是复杂的流体，这些材料根据周围环境同时表现出液体和固体行为，虽然这类材料已被研究数十年，但DIW提出了新的挑战性约束，需要更深入理解这些复杂流体在打印过程中的行为。





该综述确定了三个物理机制决定成败的关键环节。首先，材料必须流经喷嘴而不堵塞，当墨水中含有用于增强强度的颗粒或纤维时，这是一个主要问题。

田纳西大学副教授Brett G. Compton表示，如果使用复杂流体构建精确的3D形态已经足够具有挑战性，那么请想象一下，这种流体中充满了陶瓷颗粒、细胞或纤维，并且必须通过一个微小的喷嘴挤出，同时避免堵塞或损伤细胞。

其次，当材料离开喷嘴时，它可能破裂、卷曲或产生晃动，从而破坏打印效果。最后，在沉积后，材料必须足够坚固以保持其形状，但又必须足够液态以便与之前的层粘结。

要成功打印一个物体，必须在这三个领域进行精细的平衡操作。DIW对其墨水提出如此高的要求，且其墨水组成范围如此广泛，这意味着仍存在许多未解之谜，特别是对于能够实现更强、功能更丰富的打印的颗粒填充材料。

Ray补充道，目前仍处于发现模式，每个答案都会带来新的问题和探索领域，这也正是三位研究者最初合作的原因。

该综述还强调了有前景的创新，例如在暴露于光或热时可按指令硬化的材料，以及巧妙设计以减少堵塞的喷嘴。

Sauret指出，事实上已有优秀的DIW研究，但它们分散在通常不重叠的领域——例如医学、化学和土木工程，通过这篇综述，研究者希望提出一个 cohesive 且基础的流体力学框架，突显共通的挑战，并激发新的跨学科研究，使该技术更可靠、更易用，无论其应用领域如何。

这项研究得到了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、国立卫生研究院以及霍尼韦尔联邦制造与技术有限责任公司的支持。