近日，來自哈佛的一個研究團隊發明出了一種革命性的主動混合多材料3D打印頭，可以整合具有不同材質和屬性——包括柔性和剛性材料以及導電和非導電油墨——到一個單一的3D打印對象中，這就為全3D打印的可穿戴設備、軟機器人和電子產品帶來了新的可能性。據了解，這種多材料打印頭是基于主動混合技術的，在打印頭的微型噴嘴內部有一個葉輪，一系列復雜的流體都是通過這個葉輪的旋轉結合在一起的。

雖然我們已經看到了PCB 3D打印機的出現，還有最新有一些嵌入了電子元件的3D打印服飾被媒體報道。但是客觀地說，之前的3D打印技術仍未解決多材料集成的問題。也就是說，如何在不停止打印過程的條件下實現柔性材料、剛性材料和電子電路的無縫和精確過渡。這是因為大多數用來混合復雜流體的方法是被動的：兩股流體在一個通道中匯合，在這里它們進行擴散混合。這種方法對于低粘度流體來說是足夠了，但對于一些高粘度液體，如凝膠，是無效的。

據了解，這項研究是由哈佛教授Jennifer A. Lewis領導的，研究團隊采用主動混合和快速開關的噴嘴，可以實現濃粘彈性油墨的打印以及在3D打印過程中同時控制幾何形狀和組成成份。使用這種方法，所有流體并不是匯集在一個通道里，而是每個流體都有一個單獨的入口進入混合室，然后由葉輪以恒定的速度旋轉，使其在一種窄間隙中混合。

Lewis教授被認為是全球3D打印領域的技術權威，而且于2014年成立了多材料電子產品3D打印機公司Voxel8，該公司一經成立便相當受追捧，很快就獲得了1000多萬美元的風險投資，很顯然，Lewis教授開發的這項技術與Voxel8公司的業務非常吻合。而她此次設計的主動混合技術是與哈佛Wyss研究所的博士后研究員Thomas Ober以及Daniele Foresti一起進行的。

 “被動混合物并不能保證完全材料的完全混合，特別是高粘度的油墨。”Ober說，“我們開發了一個合理技術框架——并通過實驗驗證了它，我們設計的主動微流體混合器，可以搭配多種材質。”

據了解，這種主動混合技術在3D打印過程中的應用效果相當是顯著。研究團隊證明，有機硅彈性體可以無縫打印成由軟質和硬區域組成梯度結構（這意味著在3D打印的可穿戴設備中，柔性材料可以跟隨我們的身體和關節移動，而剛性材料則用來容納電子元器件）。而且，這種技術也可以用來打印反應性材料，以及可以按需混合導電和電阻性油墨。

此前，在打印過程中隨時混合材料僅僅是一個想法而已，但是現在，Lewis教授的團隊已經將其變成現實可行的技術。研究團隊最近還設計了一個打印頭，可以在一個單一的噴嘴內實現多個墨水之間的切換，這樣就無需對齊多個噴嘴，在打印過程中暫停油墨的流動。

“總之，這種主動混合和切換打印頭是多材料3D打印研究領域中的一個 重大進步。”Lewis說，“它可以實現在微觀水平上通過編程控制兩種材料的組成和結構，這位通過設計創造材料開辟了新的途徑。”

這項研究發表了在了美國國家科學院學報（PNAS）上。