体素是像素的三维概念，3D体素打印是指通过3D打印技术实现打印件在体素尺度，即物体有限体积单元的尺度上，对材料组分及性能的精准可控。3D体素打印是继多材料3D打印后的一个新的具有重大价值的方向。目前报道有关3D体素打印的研究较少，其中最具代表性的是哈佛大学Lewis教授在2019年Nature期刊上刊登的多材料多针头挤出式打印技术（Multimaterial Multinozzle 3D Printing），实现不同材料及机械性能在单个制件中体素尺度上的精准分布及调控。由于3D体素打印仍在初期发展阶段，目前打印件体素调控的性能主要集中在色彩以及机械性能，对于功能性的调控，如导电等，仍没有详细报道。

  新加坡南洋理工大学周琨教授团队最近在《Advanced Materials》期刊上发表题为“ 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）技术提出了可以实现单个打印件导电性能在体素尺度精准可控的MJF 3D体素打印方法。该方法的实现主要是通过提出的一种适用于热喷墨技术的高导电多功能墨水（Multifunctional agent，MA），其主要成分包括碳纳米管和导电聚合物PEDOT:PSS。此墨水的多功能性表现在：1）这种墨水具有MJF商业助熔剂（Fusing Agent，FA）的红外吸热功能，2）墨水中的碳纳米管可起到力学增强的作用，3）PEDOT:PSS为制件提供优异的导电性能。通过控制喷墨种类以及喷墨次数等参数，可实现热塑性聚氨酯弹性体（TPU）制件电导率在体素尺度上（～100 μm）九个数量级（10^–10 至10^–1 S/cm）范围调控。该方法所具有的优点如体素分辨率高、电性能调控范围广、制件不同组分间结合力强、以及可打印无需支撑结构的复杂镂空结构件等，是目前其他3D打印技术难以实现的。基于以上的优点，本文作者设计了一系列一体化打印，即将导电的传感层与绝缘的复杂结构框架直接一体打印的可穿戴应变传感器。

图1. MJF 3D体素打印原理图。

图2. MA的打印性能。

  如图3 所示，MA的喷墨分辨率约为100 μm，打印制件最小尺寸约为360 μm。由于CNT的力学增强作用，MA/TPU制件的力学性能在x，y，和z方向上均高于FA/TPU制件。对于MA-FA/TPU组合制件（由两种墨水组合打印的制件），FA与MA组分间的界面结合力较强，接近MA/TPU制件的力学性能。通过控制喷墨种类、次数、含量、以及位置，可以实现单个制件电导率的精准定点调控（图4）。 

图3. 打印制件的物理和机械性能。 

图4. 打印制件的导电性能。

图5. 一体化打印应变传感器的设计与表征。

  这种具有高设计灵活度的MJF 3D体素打印方法对下一代可穿戴应变传感器的制造具有重要的应用价值，并可推广至其他功能性，如热、光、磁等，为多功能一体成型技术提供新的方向。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205909