來自美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家小組設計出了一種能夠制造完全液態(tài)結構的3D打印方法。該技術使用特殊的3D打印機將“水線”沉積到硅油基底中，可用于構建液體電子和化學合成。

眾所周知，3D打印不僅僅是通過沉積熔化塑料層來構建一個多花瓶。正如勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家所表明的那樣，該技術甚至可以延伸到完全由液體制成的打印結構。

也就是說，通過將水線打印到硅油物質中，他們已經證明了在另一種液體內3D打印液體管結構的能力。在研究階段，科學家們已經打印出直徑在10微米和1毫米之間的水線，并且創(chuàng)造了許多不同的結構類型，包括長達幾米的復雜螺旋形和分枝形圖案。

正如勞倫斯伯克利國家實驗室的客座科學家、該技術的研究者Tom Russell解釋的那樣，3D打印液體結構甚至能夠改變其形狀并適應周圍環(huán)境。

他說：“這是一種新的材料，可以重新配置自身，并且可以定制到液體反應容器中用于許多用途，從化學合成到離子輸送到催化。”

Russell通過與材料科學博士后研究員Joe Forth以及其他許多科學家合作以實現(xiàn)該項目。同時，其認為液體3D打印技術可用于液體電子器件（柔性、可拉伸器件）以及化學合成。

對于后者，科學家們解釋說，打印管可以進行“化學調整”并使分子流過它們，這可以提供一種新的創(chuàng)新方法來分離分子或將“納米級構建模塊”提供給化合物。

研究過程中，為了讓液體打印到液體中而不會變成液體，科學家們必須提出一些創(chuàng)新解決方案。其中之一是用特殊的肥皂樣物質涂覆印花水管。更確切地說，水管被涂覆在納米粒子衍生的表面活性劑中，使得它們保持其形狀并防止它們分散成液滴。

所謂的“納米粒子超級膠囊”是通過將金納米粒子加入水中并將聚合物配體加入油中而制成的。當兩種液體接觸時，金納米粒子和聚合物配體試圖彼此附著，但油和水保持分離。

當水物質沉積到油基中時，油中的配體附著到水中的單個納米顆粒上，最終形成納米顆粒超濾層。其結果是在油和水之間的玻璃狀穩(wěn)定層將水線保持在位。

“這種穩(wěn)定性意味著我們可以將水拉伸成管，而且它仍然是一個管，”Russell補充說。“或者我們可以將水塑造成一個橢球體，并且它仍然是一個橢球體。我們已經使用這些納米粒子超級膠囊來打印持續(xù)數月的水管。”

為了實現(xiàn)新型液體打印工藝的自動化，研究人員通過安裝注射泵和液體擠出針來修改現(xiàn)成的3D打印機。然后，3D打印機被專門編程以將針插入油基并且以由3D模型確定的模式注入水。

“我們可以從針頭中擠出液體，并在三維空間中放置任何我們想要的水，”Forth解釋說。 “我們也可以用外力平衡材料，這會瞬間破壞超級膠囊的穩(wěn)定性并改變水線的形狀。這些結構是無限可重構的。”

據悉，創(chuàng)新的3D打印研究由能源部科學辦公室資助。該研究結果已于最近發(fā)表在“高級材料”雜志上。

審核編輯 黃昊宇