zhiyongz 自然界通过多材料复合结构（如刚柔并济）实现了单一材料无法企及的功能特性。拓扑优化虽能通过单材料晶格设计模拟多材料性能（如DLP兼容方案），但受限于最小结构尺寸约束，难以满足生物医疗/可穿戴设备对精密硬软界面的需求。而基于灰度光固化（剂量控制）和多色光固化（光谱控制）的新型3D打印技术，可直接调控材料机械性能，避免几何变形或界面缺陷的产生。
多色光固化通过波长选择性触发不同化学反应（如丙烯酸酯自由基聚合与环氧阳离子固化），实现材料性能的空间编程。Schwartz团队利用可见光/UV双固化体系获得ΔE=7.5倍，但速度仅0.1mm/min；Schlögl改进树脂和光源（405/365nm）后速度提升至1.5mm/min，却因环氧转化率低（<10%）需后固化，导致材料脆化（εf<50%）和ΔE衰减至100倍。核心瓶颈在于：1）光酸引发剂在DLP波段吸收弱导致固化延迟；2）残留未反应环氧引发界面应力缺陷。
创新成果
德克萨斯大学奥斯汀分校Zachariah A. Page团队使用含有混合丙烯酸酯-环氧单体和紫外线吸收敏化剂的树脂克服了多色DLP
3D打印中的关键挑战。混合单体可降低溶胶分数同时增加ΔE，敏化剂可提高波长选择性和环氧聚合速率，从而提高构建速度和多材料分辨率。结果证明，构建速度高达1.5
mm min-1，溶胶分数<2.5 wt%，ΔE约为3,000倍（0.6至1,700 MPa），硬质材料强度（σm）约为69
MPa，εf > 250%，弹性恢复率≥90%，滞后损失<4%（100%应变），在紫外线（360 J
cm-2）和高温（>100 °C）下稳定，机械梯度分辨力约为200 µm。利用双投影进行多色DLP
3D打印，制造了仿生超材料结构，包括嵌入软圆柱体中以调节压缩行为的硬弹簧，以及一个精细的膝关节，该关节具有“骨骼”和“韧带”，可实现平稳运动。
相关研究成果以“Hybrid epoxy–acrylate resins for wavelength-selective multimaterial 3D printing”为题发表在Nature Materials上。
核心创新点
高精度、高强度和高弹性的多材料3D打印技术：开发了一种液体树脂，用于快速、高分辨率的数字光处理（DLP）3D打印多材料物体，这些物体具有前所未有的强度、弹性和抗老化性组合。
波长选择性光敏树脂的创新设计：设计了一种混合环氧-丙烯酸单体（ECA）和一种波长选择性光敏剂，通过不同波长的光触发不同的化学反应，实现了对硬材料和软材料的精确控制和空间分布。
多材料3D打印的高精度力学性能控制：实现了在多材料3D打印中对力学性能的精确控制，包括硬材料和软材料之间的巨大弹性模量差异（ΔE约3000倍）、硬材料的高强度（σm约69MPa）、软材料的大变形能力（εf>250%）、高弹性恢复率（≥90%）和低滞后损失（<4%），以及在紫外光和高温下的稳定性。
多材料3D打印的高分辨率和高保真度：通过优化的多色DLP
3D打印系统，实现了高达1.5mm/min的打印速度和约200微米的高保真度多材料物体打印。该系统使用365nm和405nm的LED投影仪，并通过二色镜将两种波长的光组合在一起，能够在同一层中实现硬材料和软材料的精确分布，打印出具有复杂结构和功能的物体。
数据概览
成果启示
这项研究展示了一种快速、高分辨率、波长选择性3D打印方法，用于制造具有极端机械差异的多材料结构，从而实现生物启发模型和可拉伸电子设备。在创建包含高效光系统以选择性触发阳离子和自由基聚合的混合环氧丙烯酸酯树脂时，实现了高保真度（~200微米）多材料物体的快速（高达1.5
mm min-1）打印。这些结构展现出前所未有的组合：ΔE≈3,000 ×，高强度（σm≈69 MPa），可拉伸性（εf
>250%），弹性（≥90%的恢复率，<4%的滞后损失）以及在高强度紫外线照射和温度>100°C下的稳定性。灰度多色投影能够精确控制软硬界面处的刚度梯度，模拟从0.2到10
mm的自然过渡。这种精度水平有望推动软体机器人、密封剂、假肢和可穿戴健康监测器等应用的发展，同时也能改善用于教育和研究的生物模型。但当前工艺的一个关键限制是需要大量溶剂清洗以确保材料的长期稳定性。这一挑战对于将软材料完全封装在刚性结构中的设计尤其重要，因为需要新的策略来促进溶胶的去除。未来的工作将探索替代的后处理技术，例如气相胺开环或水解，以克服这一限制，同时增强材料稳定性并扩展力学之外的功能特性，包括热、电和光可调性。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02249-z