连续混沌3D打印：使用混沌理论控制微观结构

研究人员继续使用材料和挤出技术进行实验，在最近的研究中介绍了使用混沌流改进微结构的方法，``使用混沌对流技术进行有序多层微结构和纳米结构的便捷高通量制造：连续混沌印刷。

研究人员提出了一种独特的制造形式，该方法可以通过使用所谓的“连续混沌印刷”来更精确地控制所印刷的结构和表面积。该过程依赖于混沌理论和流体动力学的结合，其中物质流发展成复杂的分形。为了实现这一目标，该团队通过在混合时重新定向和分离流体来创建混乱的物料流，如下图所示。

他们着眼于多种材料，多层，并在较大的表面上制造彼此相邻的变化细胞，其目标是测试在各种应用中进行混沌印刷的潜力，但特别着重于生物印刷和生物医学研究。在先前关于混沌流的研究的基础上，研究人员尝试使用混沌打印机（与Kenics静态混合器配对）制造由藻酸盐制成的纤维。

混沌印刷中可以使用无数种墨水，但是对于这项研究，研究人员使用了以海藻酸钠为基础的基本技术。然后使用具有悬浮液（例如聚合物微粒，石墨微粒，哺乳动物细胞或细菌）的复合油墨进行实验。最终，该团队报告说他们能够以1-5m纤维/min的高挤出速度印刷“精细且排列良好的微结构”。

“这种打印策略在各种操作设置下也很稳定。我们在不同的入口流速下进行了一系列印刷实验，以评估印刷过程的稳定性。只要流态是层流的并且流体以牛顿方式运行，那么印刷过程的质量就不会受到在各种流动条件下使用的流速的影响。”研究人员解释说。

研究人员在打印时还注意到以下几点：

使用出口直径为1mm的圆锥形喷嘴头打印稳定的纤维，流速范围为0.003至5.0mlmin-1。

具有不同几何形状的打印头不会影响要打印的结构。

计算流体动力学（CFD）表明，喷嘴尖端的倾斜度也不影响材料。

研究人员继续强调混沌印刷的“鲁棒”质量（尤其是与小喷嘴一起使用时），他们能够控制分辨率，并且还指出，由于混沌流具有确定性，结构的制造是“完全可预测的”。通过混沌混合过程产生的g状隆起或“薄片”的数量可以部分说明分辨率。

研究人员解释说：“随着用于印刷的元素数量的增加，在任何给定的纤维横截面上观察到的薄片数量也增加了，而每个薄片的厚度却减少了。”“因此，连续混沌印刷的用户将拥有更大的自由度来确定构造的多尺度分辨率，因为它不再主要受喷嘴直径（或喷嘴在交叉处的最小长度尺度）的限制。-部分）。”

此外，随着研究人员开始进行生物打印实验，他们能够制造出富含细胞的藻酸盐纤维，并略微富含蛋白质，以鼓励持续的可持续性。这是组织工程中的最大挑战之一。即使可能使用了正确的材料，技术和概念，但如果研究人员不能使细胞存活足够长的时间，则必须回到绘图板上。

总的来说，该团队建议它已经开发出一种全新的方式来控制基于挤出的打印系统的分辨率。如下图所示，这种连续的混沌打印过程不仅可以通过喷嘴直径控制打印分辨率，而且可以通过所采用的混沌混合技术来控制微尺度的打印分辨率。

研究人员指出，这不仅会对多材料印刷技术产生深远影响，而且还对生物印刷产生深远影响：

“我们的结果证明了混沌印刷在高S****纤维内部署细胞的无与伦比的能力。随着可用的生物印刷和生物组装技术接近混沌印刷的分辨率和S****，它们也往往需要较长的制造时间和机电协调的控制系统。“除了多细胞，高S****构造之外，在目前可用的多材料印刷技术方面，混沌印刷还提供了其他突破，这些技术通常需要优化的油墨，这些油墨必须在特定的狭窄条件下使用。”