夏威夷大学马诺阿分校机械工程研究员合作发表的一篇综述论文，系统探讨了膏状材料3D打印面临的挑战，并指出对底层物理机制的深入理解将显著提升制造可靠性。这篇发表于《流体力学年度评论》的论文整合了数十年研究成果，为从人造组织到大型建筑结构的3D打印应用提供了发展路线图。

"当前3D打印严重依赖经验和经验法则，需要通过不断微调配方和参数才能成功，"夏威夷大学马诺阿分校工程学院副教授Tyler R. Ray表示，"我们的目标是为工程师提供基于物理预测的工具，以补充经验不足。"

直写成型技术：平衡流体与固体行为

该研究聚焦直写成型技术，该技术要求墨水在通过喷嘴时保持良好流动性，挤出后却能立即维持形状。这种技术适用于多种材料，包括活细胞、混凝土、陶瓷和聚合物，能够实现传统塑料3D打印无法完成的形态与结构。

论文第一作者、马里兰大学副教授Alban Sauret解释道："直写成型中使用的膏状材料属于复杂流体，这类非凡材料会根据环境条件呈现液体或固体特性。虽然已研究数十年，但DIW带来了新的挑战，需要我们更深入地理解这些复杂流体在打印过程中的行为特征。"

研究团队确定了三个关键阶段：首先，墨水必须顺利通过喷嘴且不堵塞——当含有增强颗粒或纤维时尤为困难；其次，挤出后的墨水可能发生变形、卷曲或摆动，影响结构精度；最后，沉积后的材料需要在保持形状的固态特性与附着前层的流态特性间取得平衡。对于含有增强颗粒的功能性墨水，这种平衡尤其难以实现。

创新突破与跨学科洞察

该综述重点介绍了前景广阔的技术进展，如光固化或热固化材料，以及专门设计防堵塞喷嘴。Sauret指出："现有优秀的DIW研究分散在通常不重叠的领域——比如医学、化学和土木工程。我们希望通过这篇综述建立统一的流体力学框架，突出共性挑战，推动跨学科研究，使该技术在不同应用场景中更可靠、更易用。"

直写成型技术应用进展

除基础研究外，多个团队正在将DIW创新转化为实际应用。约翰斯·霍普金斯大学研究人员开发出新型3D打印编程语言"时间代码"，其成果发表于《自然·通讯》。合作作者Sarah Propst和Jochen Mueller表示，T-Code通过Python脚本将传统G代码分离为两个同步轨道：一个控制打印路径，另一个管理打印头功能。这种设计实现了打印机运动与材料切换、流量调节等关键任务的实时协同，消除了传统逐行执行G代码导致的启停间隔，在保证精度的同时支持连续打印，特别适合复杂多材料零件的制造。

来自韩国科学技术院、淑明女子大学和Aldaver公司的研究人员则将DIW技术应用于柔性电子领域，开发出可直接在织物上打印传感器的平台。这项发表于《npj-柔性电子》的研究为智能服装生产提供了可扩展的解决方案，能够实时监测人体运动与生理信号。与传统依赖纱线涂层或模板印刷的电子纺织品制造方法不同，DIW技术允许在织物双侧定制图案，包括多层结构，从而将电路、传感器和互连元件无缝嵌入可穿戴设备，同时保持其柔韧性与舒适度。

这项研究获得了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、美国国立卫生研究院和霍尼韦尔联邦制造与技术公司的共同支持。