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  體素是像素的三維概念，3D體素打印是指通過3D打印技術實現打印件在體素尺度，即物體有限體積單元的尺度上，對材料組分及性能的精準可控。3D體素打印是繼多材料3D打印后的一個新的具有重大價值的方向。目前報道有關3D體素打印的研究較少，其中最具代表性的是哈佛大學Lewis教授在2019年Nature期刊上刊登的多材料多針頭擠出式打印技術（Multimaterial Multinozzle 3D Printing），實現不同材料及機械性能在單個制件中體素尺度上的精準分布及調控。由于3D體素打印仍在初期發展階段，目前打印件體素調控的性能主要集中在色彩以及機械性能，對于功能性的調控，如導電等，仍沒有詳細報道。

  新加坡南洋理工大學周琨教授團隊最近在《Advanced Materials》期刊上發表題為“ Multi Jet Fusion 3D voxel printing of conductive elastomers”的文章（DOI: 10.1002/adma.202205909）。本文作者基于惠普多射流熔融（Multi Jet Fusion, MJF）技術提出了可以實現單個打印件導電性能在體素尺度精準可控的MJF 3D體素打印方法。該方法的實現主要是通過提出的一種適用于熱噴墨技術的高導電多功能墨水（Multifunctional agent，MA），其主要成分包括碳納米管和導電聚合物PEDOT:PSS。此墨水的多功能性表現在：1）這種墨水具有MJF商業助熔劑（Fusing Agent，FA）的紅外吸熱功能，2）墨水中的碳納米管可起到力學增強的作用，3）PEDOT:PSS為制件提供優異的導電性能。通過控制噴墨種類以及噴墨次數等參數，可實現熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）制件電導率在體素尺度上（～100 μm）九個數量級（10^–10 至10^–1 S/cm）范圍調控。該方法所具有的優點如體素分辨率高、電性能調控范圍廣、制件不同組分間結合力強、以及可打印無需支撐結構的復雜鏤空結構件等，是目前其他3D打印技術難以實現的。基于以上的優點，本文作者設計了一系列一體化打印，即將導電的傳感層與絕緣的復雜結構框架直接一體打印的可穿戴應變傳感器。

圖1. MJF 3D體素打印原理圖。

圖2. MA的打印性能。

  如圖3 所示，MA的噴墨分辨率約為100 μm，打印制件最小尺寸約為360 μm。由于CNT的力學增強作用，MA/TPU制件的力學性能在x，y，和z方向上均高于FA/TPU制件。對于MA-FA/TPU組合制件（由兩種墨水組合打印的制件），FA與MA組分間的界面結合力較強，接近MA/TPU制件的力學性能。通過控制噴墨種類、次數、含量、以及位置，可以實現單個制件電導率的精準定點調控（圖4）。 

圖3. 打印制件的物理和機械性能。 

圖4. 打印制件的導電性能。

圖5. 一體化打印應變傳感器的設計與表征。

  這種具有高設計靈活度的MJF 3D體素打印方法對下一代可穿戴應變傳感器的制造具有重要的應用價值，并可推廣至其他功能性，如熱、光、磁等，為多功能一體成型技術提供新的方向。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205909