作者提出了一种使用非接触式连续打印调整的基于喷墨的多材料沉积方法，并将该方法称为视觉控制喷射(VCJ)(图1)。VCJ利用高速3D视觉系统来捕获当前打印表面的深度图，并通过局部调整下一层中喷射的树脂量来补偿与理想平面的偏差。该方法的视觉系统使用四个摄像头和两个激光源在打印时进行激光轮廓测量。执行包括整个打印区域的表面扫描的反馈循环，而不会减慢打印过程。该方法比以前的工作快660倍，吞吐量高达33 ml min⁻¹。下载化学加APP到你手机，更加方便，更多收获。

作者评估了这些材料的性能，并将其与最先进的3D喷射材料进行了比较(图2a-2c)。当它们是新的时候，它们的弹性模量和断裂伸长率非常匹配。作者测试了丙烯酸酯(Tango Black Plus)和软硫醇烯在暴露于户外风化(包括紫外线照射、温度变化和湿度时的弹性模量变化。Tango Black Plus的弹性模量(0.89 MPa)仅在250小时后就增加了约113倍，在1,000小时后增加了约295倍，达到261 MPa。相比之下，1000小时后，该研究中的软硫醇烯的弹性模量(0.53 MPa)仅发生约4%的变化(图2d)。与新的相比，软硫醇烯的断裂伸长率变化不到1.13倍。相比之下，基于丙烯酸酯的Tango Black Plus在不到250小时的风化时间内脆化了0.03倍，断裂伸长率从最初的119%降低了约 3% (图2e)。作者用位移高达140%的应力-应变循环来量化材料的粘弹性行为。丙烯酸酯的滞后面积比硫醇烯的滞后面积大3至4.3倍(图2f)。Tango Black Plus的面积为0.42 MPa，而软硫醇烯的面积仅为0.087 MPa。软硫醇烯和丙烯酸酯的动态机械分析表明，与两种丙烯酸酯相比，软硫醇烯的玻璃化转变Tg区域要窄得多(图2g)。软硫醇烯的储能模量变化在-35 °C至-18 °C之间显著，而两个丙烯酸酯样品在更宽的范围内(-30 °C至15 °C)显示出储能模量的显著变化。

该研究中的多材料肌腱驱动手是一种功能齐全的印刷品，配有传感器垫和气动信号线(图3a)。当指尖接触所抓握的物体时，手可以感知接触并开始抓握并停止手指运动。VCJ能够打印长、柔软、细的通道以及带有薄膜的大空腔，从而使这些技能成为可能。该研究中仿生手中的19个可独立驱动的肌腱设计有刚性的承重核心和柔软的可弯曲外壳(图3b)。作者将一组肌腱连接到伺服电机上以进行驱动。指尖配备了原位印刷传感器垫，通过印刷流体信号线连接到压力传感器(图3b)。当手接触物体并且感测到的压力超过阈值时，就会触发伺服电机的控制动作。当物体接触手指的传感器垫时，通过信号线检测到压力的变化。一旦达到预定的压力阈值，手指运动就会在达到完全卷曲之前停止(图3c)。作者还驱动了手的各个手指，例如相对的拇指可以触摸其他手指的指尖(图3d)。这种传感装置允许手自主地抓取物体(图3e)。

有些机器人在接触环境时会移动并做出反应。然而，这些令人印象深刻的例子需要多种制造方法和复杂的手动组装。去除支撑后，该研究打印的流体驱动步行机器人可以移动、抓取和感知(图4a)。这些功能是通过打印机创建强大的气密软刚性接口和复杂的3D通道的能力而实现的。此外，材料的弹性和低阻尼使机器人能够快速移动并易于控制。该研究直接打印的助行器具有六足结构，配有双关节腿(图4b)。六个支腿由两组三支支腿提供压缩空气(图4c)。上关节致动器有一根供电线，下关节致动器有一根供电线。此外，机器人还配备了一个夹具，其尖端嵌入了传感器垫。夹持器的手臂可以利用其上、下执行器上下移动，并且夹持器可以抓取和举起物体。夹具尖端的传感器垫在建立接触时提供抓握反馈(图4e、i)，传感器反馈通知控制器如何调整机器人的动作。步行者还能够以(20/15) ° s⁻¹的速度转动来改变其所面对的方向(图4f)。该研究选择的步态周期(图4d，h)允许机器人以大约0.1(身体长度)s⁻¹或大约0.01 m s⁻¹的速度以稳定的方式移动(图4g) 。此外，反转步态周期会使机器人向后移动。

图4. 3D打印后可工作的机车、传感和抓取机器人

作者还打印了一个类似心脏的流体驱动泵(图5a)。该泵具有驱动膜、单向阀和嵌入心室的内部传感器腔(图5b)。仿生泵的泵送周期由空气流入和流出致动室来控制。驱动室压力的循环变化使驱动膜反复变形，从而导致预期的液体流动(图5c)。由于多材料3D打印机的快速原型制作能力，多材料阀门优化过程中的不同步骤得以实现(图 5d)。作者测试了泵的流量、传感器以及通过流体设置保留水的能力(图 5e)。测量不同泵周期的流速，范围从0 次min⁻¹到90次min⁻¹，导致流速高达2.3 l min⁻¹(图 5f)。印刷传感器测量与所需泵送频率相匹配的压力变化；因此，它们可以用于闭环控制设置(图 5g)。

为了展示使用VCJ的材料化学和精细特征的超材料架构，作者打印了一系列桁架状超材料(图6a)。在这里，作者制造了一组3×3×3单元，其中包含几何定向的链接(直径为1.0 mm至2.5 mm)和节点(直径为0.0 mm至4.5 mm)。改变软链接和刚性节点的直径(图6b)改变了超材料在压缩下的行为。由于打印机的高分辨率及其易于融化的支撑材料，该研究能够以如此低的有效密度制造这些精致的结构。作者通过对不同样品进行压缩测试来研究超材料的行为变化(图6c)，能够通过改变链接和节点的直径来调整压缩下的行为。材料性能突然变化的量和开始主要受节点直径的影响。对于一种配置，结构因压缩而弯曲大于或等于17.5 mm(图6d)。

图6. 3D打印的多材料超材料结构，具有可调的刚度变化