近日，来自哈佛的一个研究团队发明出了一种革命性的主动混合多材料3D打印头，可以整合具有不同材质和属性——包括柔性和刚性材料以及导电和非导电油墨——到一个单一的3D打印对象中，这就为全3D打印的可穿戴设备、软机器人和电子产品带来了新的可能性。据了解，这种多材料打印头是基于主动混合技术的，在打印头的微型喷嘴内部有一个叶轮，一系列复杂的流体都是通过这个叶轮的旋转结合在一起的。

虽然我们已经看到了PCB 3D打印机的出现，还有最新有一些嵌入了电子元件的3D打印服饰被媒体报道。但是客观地说，之前的3D打印技术仍未解决多材料集成的问题。也就是说，如何在不停止打印过程的条件下实现柔性材料、刚性材料和电子电路的无缝和精确过渡。这是因为大多数用来混合复杂流体的方法是被动的：两股流体在一个通道中汇合，在这里它们进行扩散混合。这种方法对于低粘度流体来说是足够了，但对于一些高粘度液体，如凝胶，是无效的。

据了解，这项研究是由哈佛教授Jennifer A. Lewis领导的，研究团队采用主动混合和快速开关的喷嘴，可以实现浓粘弹性油墨的打印以及在3D打印过程中同时控制几何形状和组成成份。使用这种方法，所有流体并不是汇集在一个通道里，而是每个流体都有一个单独的入口进入混合室，然后由叶轮以恒定的速度旋转，使其在一种窄间隙中混合。

Lewis教授被认为是全球3D打印领域的技术权威，而且于2014年成立了多材料电子产品3D打印机公司Voxel8，该公司一经成立便相当受追捧，很快就获得了1000多万美元的风险投资，很显然，Lewis教授开发的这项技术与Voxel8公司的业务非常吻合。而她此次设计的主动混合技术是与哈佛Wyss研究所的博士后研究员Thomas Ober以及Daniele Foresti一起进行的。

“被动混合物并不能保证完全材料的完全混合，特别是高粘度的油墨。”Ober说，“我们开发了一个合理技术框架——并通过实验验证了它，我们设计的主动微流体混合器，可以搭配多种材质。”

据了解，这种主动混合技术在3D打印过程中的应用效果相当是显著。研究团队证明，有机硅弹性体可以无缝打印成由软质和硬区域组成梯度结构（这意味着在3D打印的可穿戴设备中，柔性材料可以跟随我们的身体和关节移动，而刚性材料则用来容纳电子元器件）。而且，这种技术也可以用来打印反应性材料，以及可以按需混合导电和电阻性油墨。

此前，在打印过程中随时混合材料仅仅是一个想法而已，但是现在，Lewis教授的团队已经将其变成现实可行的技术。研究团队最近还设计了一个打印头，可以在一个单一的喷嘴内实现多个墨水之间的切换，这样就无需对齐多个喷嘴，在打印过程中暂停油墨的流动。

“总之，这种主动混合和切换打印头是多材料3D打印研究领域中的一个 重大进步。”Lewis说，“它可以实现在微观水平上通过编程控制两种材料的组成和结构，这位通过设计创造材料开辟了新的途径。”

这项研究发表了在了美国国家科学院学报（PNAS)上。