埃因霍溫理工大學(TUE) 的科學家開發了一種與(yu) 3D 打印技術兼容的新型變色液晶墨水，開辟了新天地。這種受自然啟發的液晶墨水可以使用直接墨水書(shu) 寫(xie) 打印到表麵上，這是一種基於(yu) 擠出的極其精確的 3D 打印形式。到目前為(wei) 止，將此類材料打印成複雜的結構和設備非常困難，因此該團隊認為(wei) 其工作可能對裝飾照明、用於(yu) 健康監測的軟可穿戴傳(chuan) 感器，甚至增強現實光學等應用產(chan) 生重大影響。

該研究的主要作者 Jeroen Sol 表示：“DIW 是一種基於(yu) 擠出的 3D 打印方法，其中墨水從(cong) 一個(ge) 小噴嘴逐層分配到表麵上。當前的膽甾型液晶墨水無法使用 DIW 打印，因此我們(men) 創造了一種與(yu) DIW 兼容的液晶墨水。”

膽甾型液晶

在自然界中，根據觀察角度改變顏色的材料稱為(wei) 虹彩材料。典型的例子是某些蝴蝶翅膀、珠寶甲蟲的外表，以及一種被稱為(wei) 珍珠層（又名珍珠母）的材料，它存在於(yu) 軟體(ti) 動物的貝殼內(nei) 部。

我們(men) 還有一種人造的替代材料，稱為(wei) 膽甾型液晶，這種材料同時具有液態和固態晶體(ti) 的特性。膽甾型液晶以及在 LCD 中的使用，在光反射器、可切換窗戶甚至太陽能電池板中作為(wei) 智能材料具有先進的應用。

不幸的是，膽甾型液晶的粘性不足以製成固體(ti) 結構，因此到目前為(wei) 止還無法將它們(men) 用於(yu) 3D 打印等先進製造工藝，從(cong) 而在一定程度上限製了它們(men) 的應用。TUE 的研究人員開發了一種定製的反光液晶墨水，克服了這一障礙，這種墨水可以擠出並仔細排列以產(chan) 生複雜的顏色漸變。

一種可 3D 打印的液晶墨水

埃因霍溫墨水的反射質量取決(jue) 於(yu) 材料分子的精確螺旋排列，可以在打印過程中通過改變打印速度等參數來密切控製。墨水的分子還能夠自組裝成模仿天然彩虹色材料的結構，這意味著完全有可能實現受自然啟發的顏色變化。此外，墨水易於(yu) 生產(chan) 且具有粘性，因此易於(yu) 通過直接墨水書(shu) 寫(xie) 進行處理。

Sol 補充道，“為(wei) 了使用 DIW 成功打印新墨水，我們(men) 改變了打印速度和溫度等參數。為(wei) 了讓墨水正確打印，我們(men) 還製作了一種含有低分子量液晶的墨水。傳(chuan) 統上，這種控製水平隻能通過非常專(zhuan) 業(ye) 的製造設備才能實現，因此使用新墨水和 DIW 3D 打印來實現這一點是一個(ge) 真正的突破。”

盡管到目前為(wei) 止這種墨水僅(jin) 用於(yu) 打印變色蝴蝶，但 Sol 相信它可以應用於(yu) 個(ge) 性化醫療設備，例如視覺動態可穿戴生物傳(chuan) 感器。這種墨水還可能在增強現實耳機的光學結構中具有潛在應用。

Sol 總結道：“新材料可以找到進入未來 HoloLenses 的途徑——現在這將是非凡的事情！”

該研究的更多細節可以在題為(wei) “直接墨水書(shu) 寫(xie) 的手性光子聚合物中的各向異性彩虹色和偏振模式”的論文中找到。它由 Jeroen Sol 等人合著。

3D 打印材料的創新是推動功能性增材製造應用發展的主要因素。本月早些時候，來自新加坡南洋理工大學 (NTU)和加州理工學院(Caltech) 的科學家們(men) 3D 打印了一種可根據需要變硬的柔性鏈甲織物。由相互聯鎖的尼龍塑料聚合物八麵體(ti) 3D 打印而成，這種織物可以變成剛性結構，其硬度是其鬆弛形式的 25 倍。

在其他地方，士兵納米技術研究所(ISN) 最近使用納米級的 3D 打印技術來形成一種材料，據報道，這種材料在阻止射彈方麵比 Kevlar 或鋼更有效。這種材料比一根人的頭發還細，由微小的碳支柱製成，這些支柱形成相互連接的十四麵體(ti) ——具有 14 個(ge) 麵的結構——通過雙光子光刻製造。