中国3D打印机网东北大学通过对水滴物理现象的研究提高喷墨3D打印精度
导读：喷墨打印机自 20 世纪 80
年代末就已出现，但自 30
多年前推出以来，它已经有了突飞猛进的发展。一方面，它们是一项工程奇迹：数百万个五颜六色的墨滴精确地沉积在一张白纸上，从而产生从书面报告到彩色邀请函的各种内容。但另一方面，颠覆的机会仍然巨大，特别是对于涉及大型
3D 结构和多种材料类型的更复杂的打印工作。
2025年9月24日，来自东北大学的研究人员在喷墨打印领域取得了新的突破，可以提高3D打印精度。该校机械与工业工程唐晓宇教授的研究团队主导了这项研究，他们专注于研究在流体和固体交汇处运行的材料，这些材料与打印机内部的技术直接相关。
得益于最近获得的美国国家科学基金会职业奖（NSF Career Award），唐教授的团队即将开始开发一个新框架，以更好地理解充满颗粒的水滴落入液体时流体动力学的变化。这项工作可以帮助工程师设计出更稳健、更优化的墨水工艺以及更具弹性的打印硬件。
△机械工程专业四年级学生唐晓宇和颜博倩正在进行液滴研究。图片由东北大学的Alyssa Stone拍摄。
研究本身将使用每秒能够拍摄10000张图像的高速摄像机。这样的速度是必要的。唐晓宇解释说：“液滴撞击水面的撞击过程将仅持续不到一百毫秒。”在分析拍摄的照片和视频时，研究团队关注几个关键因素，即水滴撞击时的形态、颗粒分布和速度场。唐解释说，目前已有大量成熟的研究记录了水滴撞击较大水体时产生的物理现象。通过这个项目，团队希望探索当水滴中充满玉米淀粉和二氧化硅颗粒等时，这些物理现象会发生怎样的变化。
唐说：“在液体中添加大量颗粒会使事情变得更加复杂，因为液体的粘度不再恒定，混合物甚至会变得像固体一样，尤其是在液滴撞击过程中。一个很好的例子就是‘欧不裂效应’，人们可以在水中的玉米淀粉颗粒上奔跑，但如果站着就会沉下去。”
△唐晓宇。摄影：Alyssa Stone/东北大学
这项工作与 3D
打印直接相关，因为它有望为唐和她的团队提供更深入的见解，了解不同类型的材料在更流动的状态下如何相互作用。她说：“3D打印的工作原理基本上是将液滴沉积到基材上，使其固化，然后逐层叠加。但有时它可能无法完全固化，因此会保持液态，当下一滴液滴与该液体相互作用时，它会发生不同的变形……液滴和未固化层之间可能会发生很多变化。”通过更好地理解这些相互作用，3D
打印机制造商将能够“控制液滴和基板之间的相互作用”。项目团队还计划结合多种先进的检测技术，开发一个平台，供其他太空研究人员在此基础上进行构建和扩展。
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