韓國釜山大學(xué)牽頭的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新型3D打印液晶材料，其核心突破在于：無需更換墨水或調(diào)整噴嘴結(jié)構(gòu)，僅通過實(shí)時(shí)調(diào)控打印速度（2–20 mm/s）和噴嘴溫度（35–45℃），即可在同一根連續(xù)擠出線內(nèi)，精準(zhǔn)控制材料受熱后的形變方向——從顯著伸長（+28%）到明顯收縮（?31%）之間連續(xù)可調(diào)。該材料已在實(shí)驗(yàn)室完成百次熱循環(huán)驗(yàn)證，形變量衰減低于1%，具備基礎(chǔ)服役穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)熱響應(yīng)型3D打印材料（如常規(guī)液晶彈性體LCE）受限于分子取向單一性：擠出過程中剪切力始終迫使棒狀分子沿打印行進(jìn)方向排列，導(dǎo)致加熱后僅能在該方向收縮，無法在同一部件中集成雙向主動形變功能。若需實(shí)現(xiàn)伸/縮共存，工程上只能采用多材料分層堆疊或物理拼接，不僅增加界面失效風(fēng)險(xiǎn)，也大幅抬高設(shè)計(jì)復(fù)雜度與制造成本。此次突破的關(guān)鍵，在于選用具有層狀有序結(jié)構(gòu)的斯梅克蒂克相（smectic phase）液晶墨水——其分子并非單向排列，而是以平行層片形式堆疊；在低剪切條件下（如慢速擠出），層結(jié)構(gòu)保持完整，分子垂直于流動方向取向，加熱時(shí)表現(xiàn)為拉伸；當(dāng)剪切速率升至50–75 s?1（對應(yīng)中高速打印），層結(jié)構(gòu)被破壞，分子轉(zhuǎn)向平行于流動方向，加熱即收縮。研究團(tuán)隊(duì)通過X射線散射實(shí)測與分子動力學(xué)模擬，雙重驗(yàn)證了這一取向反轉(zhuǎn)機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)FDM設(shè)備配置，使用內(nèi)徑0.4 mm噴嘴，在同一同心圓軌跡中動態(tài)切換參數(shù)：前半段以低速（5 mm/s）、低溫（35℃）打印，后半段切換為高速（15 mm/s）、高溫（42℃），Zui終獲得單個(gè)環(huán)形部件同時(shí)呈現(xiàn)鞍形反翹（伸長區(qū)）與錐狀隆起（收縮區(qū)）的復(fù)合變形效果。該能力直接指向軟體機(jī)器人執(zhí)行器的本體集成化——例如一條柔性臂，可在不同區(qū)段分別實(shí)現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)或抓握動作，無需額外裝配多個(gè)驅(qū)動單元；亦適用于觸覺反饋面板，通過局部熱激勵(lì)生成可編程凸點(diǎn)陣列，滿足盲文刷新、虛擬紋理交互等場景對微米級表面動態(tài)重構(gòu)的需求。

軟體執(zhí)行器選型需關(guān)注分子取向可控性

當(dāng)前市售LCE類3D打印材料多為向列相（nematic）體系，分子取向依賴固定剪切場，難以實(shí)現(xiàn)路徑內(nèi)方向切換。釜山大學(xué)方案首次在斯梅克蒂克相體系中證實(shí)，通過工藝參數(shù)窗口（剪切速率50–75 s?1為臨界閾值）可主動干預(yù)層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而決定分子Zui終取向。對中國軟體機(jī)器人制造商而言，這意味著未來采購此類墨水時(shí)，需重點(diǎn)核驗(yàn)供應(yīng)商是否提供明確的剪切-溫度-形變映射曲線，而非僅標(biāo)稱“熱致收縮率”。實(shí)際產(chǎn)線導(dǎo)入前，必須用客戶自有設(shè)備復(fù)現(xiàn)該參數(shù)窗口，因不同廠商擠出電機(jī)響應(yīng)延遲、熱傳導(dǎo)效率差異可能導(dǎo)致臨界剪切值偏移。

實(shí)驗(yàn)室成果向量產(chǎn)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵瓶頸

該材料目前僅在單一配方（特定液晶單體/交聯(lián)劑比例）下完成驗(yàn)證，尚未測試耐溶劑性、長期紫外老化性能及生物相容性。其斯梅克蒂克相結(jié)構(gòu)對雜質(zhì)敏感，量產(chǎn)需嚴(yán)格控制單體純度與聚合環(huán)境濕度；且現(xiàn)有墨水粘度適配FDM，但對高精度DIW（直寫成型）或光固化DLP設(shè)備兼容性未知。中國下游應(yīng)用企業(yè)若考慮技術(shù)引進(jìn)，應(yīng)優(yōu)先評估自身產(chǎn)線是否具備控溫控速的閉環(huán)反饋能力——普通開環(huán)FDM設(shè)備難以穩(wěn)定維持臨界剪切區(qū)間，易導(dǎo)致形變一致性波動。

• 核對墨水技術(shù)文檔是否明確標(biāo)注斯梅克蒂克相穩(wěn)定溫度區(qū)間及剪切破壞閾值（單位：s?1）
• 驗(yàn)證自有3D打印機(jī)能否在0.1 mm/s級分辨率下同步調(diào)控噴嘴溫度與軸向移動速度
• 要求供應(yīng)商提供至少50次熱循環(huán)后的形變保持率實(shí)測數(shù)據(jù)（非理論值）

該研究由釜山大學(xué)Suk-kyun Ahn教授主導(dǎo)，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室與馬里蘭大學(xué)參與材料表征與模擬。論文已于2026年7月10日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。值得注意的是，韓國在功能性液晶材料領(lǐng)域具備較強(qiáng)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，LG化學(xué)、三星SDI等企業(yè)已布局LCE前驅(qū)體合成，但高取向可控打印墨水仍屬前沿空白。對中國材料供應(yīng)商而言，該成果提示：在FDM級液晶墨水賽道，工藝-結(jié)構(gòu)耦合設(shè)計(jì)能力正成為新競爭門檻，單純模仿分子結(jié)構(gòu)已不足以形成差異化優(yōu)勢。