采用液体作为原始材料的传统3D打印通常受限于所采用材料(比如高分子前体)的固化速度，打印结构的机械强度,和辅助支撑结构的加工难易程度等。最近， 

美国佛罗里达大学机械与航空工程系黄勇教授研究小组的金翼飞博士生和同事利用纳米粘土（Laponite nanoclay）在不同受力条件下所独有的固液触变特性（thixotropic property）开发出了一种用纳米粘土悬浮液来配制具有触变特性的胶状材料并用其作为胶状固态支撑系统来实现各种液体材料的3D打印。

该方法利用纳米粘土悬浮液作为支撑材料（support bath），实现了液体材料（通常是高分子前体）的复杂结构打印。在打印过程中，液体材料在纳米粘土悬浮液中保持未交联状态。直到整个3D结构打印完成，再引入相应交联机理实现液体3D结构的固化。由于纳米粘土悬浮液可以在固液状态下切换，固化后的3D结构可以很容易地从纳米粘土悬浮液中取出。这种“先打印后交联/固化”（printing-then-crosslinking/solidification）的3D打印思路，通过将打印过程和交联/固化反应过程分离，可以避免了传统“边打印边交联/固化”（crosslinking-while-printing）的3D打印过程中所遇到的一系列问题。由于所使用的纳米粘土具备较好的离子稳定性，热稳定性和紫外光透性，该方法可以实现不同交联/固化机理的液体材料复杂结构的3D打印。 

 

基于纳米粘土悬浮液的3D打印方法机理

如下图所示，采用的纳米粘土悬浮液具有独特的固液触变特性：当挤出喷头在纳米粘土悬浮液中移动时，喷头附近纳米粘土悬浮液所受应力高于其屈服应力，纳米粘土悬浮液表现出剪切变稀的特性，提供打印材料的空间，并可以有效地填充挤出喷头移动过程产生的缝隙；一旦挤出喷头移动过后，纳米粘土悬浮液所受应力迅速降低，表现出凝胶的特征，有效支撑打印后的液体结构。

 

▲ 基于纳米粘土悬浮液的3D打印方法机理 (所有示意图请查阅全文)

离子交联反应材料的打印：海藻酸钠复杂结构的3D打印

 

该纳米粘土具备良好的离子稳定性，可以实现离子交联反应材料（如海藻酸钠）的3D打印，如下面节选的示意图所示: 

 

 

▲ 图a海藻酸钠的离子交联反应机理，图d Y型管状结构和图e 腿骨结构的3D打印(所有示意图请查阅全文)

热固化材料的打印：明胶复杂结构的3D打印

 

该纳米粘土悬浮液具备较好的热稳定性，可以实现热固化材料（如明胶）的3D打印。同时纳米粘土良好的生物兼容性使其可以有效地用在生物打印过程中，如下图所示: 

 

▲ 图a明胶的热交联反应机理，图c 大脑结构和图d血管网状结构的3D打印，图e-g 打印后的细胞结构具有较高的细胞存活率 (所有示意图请查阅全文)

 

紫外光固化材料的打印：SU-8光刻胶复杂结构的3D打印 

 

 

该纳米粘土悬浮液具备较好的紫外光透性，可以用来打印紫外光固化的材料（如SU-8光刻胶），如下图所示： 

 

▲ 图a SU-8交联反应机理，图c佛罗里达大学logo结构和图d晶格结构的3D打印