夏威夷大学马诺阿分校研究显示，一名机械工程研究人员与人合著了一份关于糊状材料打印挑战的全面综述，指出理解底层物理机制可提升制造可靠性。这篇发表在《流体力学年度评论》的论文汇集数十年研究成果，为从人造组织到建筑结构的打印领域绘制了发展路线图。

"当前3D打印高度依赖经验和经验法则，通过微调配方和参数实现打印，"夏威夷大学马诺阿分校工程学院副教授泰勒·雷表示，"我们希望通过基于物理机制的预测工具，为工程师补充经验之外的解决方案。"

直接墨水书写技术
这种类似蛋糕裱花的打印技术，要求"奶油状"墨水在喷嘴中顺畅流动，挤出后立即定型而不塌陷。该技术涵盖从活细胞、混凝土、陶瓷到聚合物混合物等多种可打印"墨水"，能够实现常规塑料3D打印无法完成的结构制造。

"直接墨水书写使用的糊状材料属于复杂流体，这类非凡材料能根据环境呈现液态或固态特性，"马里兰大学副教授、论文第一作者阿尔班·索雷指出，"尽管相关研究已有数十年，但直接墨水书写提出了新的挑战性约束条件，需要深入理解这些复杂流体在打印过程中的行为规律。"

关键物理节点
该研究识别出三个决定成败的关键物理节点：首先材料必须无堵塞通过喷嘴——这对含增强颗粒或纤维的墨水尤为棘手。"我们都经历过笔尖或番茄酱瓶堵塞的情况，"田纳西大学副教授布雷特·康普顿解释道，"如果使用复杂流体构建精密3D结构本身已具挑战性，试想当流体充满陶瓷颗粒、细胞或纤维时，还需通过微型喷嘴挤出且不堵塞流动或损伤细胞。"

其次，材料挤出时可能断裂、卷曲或产生波动导致打印失败。最后，沉积后的材料需具备足够刚性保持形状，又需足够流动性与相邻层结合。成功打印需要在三者间实现精妙平衡。直接墨水书写对墨水的严苛要求，加上墨水成分的广泛多样性，意味着仍存在诸多未解难题，尤其是可增强打印件强度与功能的颗粒填充材料领域。

"我们仍处于探索阶段，每个答案都会引发新问题和新领域，"雷教授指出，"这正是我们三人开展合作的初衷。"

技术前景与跨学科融合
该综述还重点介绍了光热触发即时固化材料、防堵塞智能喷嘴设计等创新方向。"事实上，优秀的直接墨水书写研究分散在通常不交叉的医学、化学、土木工程等领域，"索雷表示，"通过这篇综述，我们希望构建统一的流体力学基础框架，揭示共性挑战，激励跨学科研究，使这项技术在不同应用场景中变得更可靠、更易用。"

此项研究获得了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、国立卫生研究院以及霍尼韦尔联邦制造技术有限公司的支持。