综述：微流控与场辅助3D打印：利用流体控制、电泳现象及其他物理场技术推动增材制造的发展

《ELECTROPHORESIS》：Microfluidic- and Field-Assisted 3D Printing: Leveraging Fluidic Control, Electrokinetic Phenomena, and Other Physical Fields to Advance Additive Manufacturing

　　3D打印通过微流控和电/声/界面场辅助技术突破分辨率、速度及多材料整合限制，推动生物医学、电子等领域创新应用。

　　3D打印技术自问世以来，极大地改变了制造领域，实现了复杂结构的快速构建，为工业和生物医学等众多行业带来了创新。然而，传统3D打印方法在分辨率、速度和多材料集成方面仍存在一定的局限性。为了解决这些问题，近年来出现了多种新兴技术，如微流体辅助和场辅助3D打印。这些技术通过引入微流体控制和外部场（如电场、声场或界面调控）来提升制造能力，突破了传统方法的瓶颈，为高精度、多功能结构的制造提供了新的可能性。

微流体辅助3D打印技术通过控制流体的流动模式，实现材料的精确输送和沉积，同时还能生成材料梯度和进行更复杂的聚合过程。这一技术在微流体器件、生物医学工程和电子领域具有广泛的应用前景。例如，微流体喷嘴可以用于FDM和MJ等传统技术，通过精确的流体控制，实现材料的高分辨率沉积。此外，一些研究通过引入微流体系统，如Bayles等人的研究，利用微流体中的层流原理，实现了聚合物水凝胶的结构化和可控性，使得打印的结构能够对外部环境产生响应，如在水环境中发生形变。这些微流体辅助方法不仅提升了打印精度，还拓展了材料种类和功能设计的可能性。

场辅助3D打印则通过外部场的引入，如电场、声场和界面场，实现对材料的更精细控制。电场辅助打印（如电晕喷射、电纺丝和电润湿）利用电场的作用，不仅能够控制液滴的形成和沉积，还能通过改变液滴形状来实现更复杂的结构。例如，EHD打印通过电场诱导液滴形成，使得打印精度达到纳米级别，适用于需要高分辨率和多功能材料的场合。而电场辅助的3D打印方法（如Electric Field Fabrication, EFF）则通过电场改变液滴的形状，使其在固化后形成复杂的几何结构，如封闭的微流体通道和嵌入式组件，从而避免了传统打印方法中的某些限制。

声场辅助3D打印（如Holographic Direct Sound Printing, HDSP）利用超声波的聚焦效应，使材料在特定区域快速固化，从而实现快速打印和结构形成。这种方法尤其适用于在透明介质或物理屏障中进行打印，因为其不依赖于光的穿透。通过调整声波频率和功率，可以控制材料的微观结构，进而影响打印件的机械性能。例如，HDSP技术能够通过调整超声波占空比和频率，生成具有不同孔隙率和机械强度的结构，这为生物医学和工业应用提供了新的可能性。

界面辅助3D打印则通过利用界面现象，如静态液体约束界面（SLCI）和动态界面打印（DIP），实现对材料固化和沉积的控制。SLCI方法通过使用惰性液体边界来减少固化过程中对打印层的粘附力，从而提升打印质量和效率。而DIP方法则利用空气-液体界面的动态变化，实现快速构建厘米级结构，且无需全体积树脂暴露，降低了材料浪费和环境影响。MAPS技术则结合了微流体控制和界面工程，使得多材料结构的打印成为可能，同时减少了对传统树脂槽的依赖。

这些新兴技术不仅在提高3D打印精度和速度方面表现出色，还在实现多材料集成和功能梯度结构方面展现了巨大的潜力。通过结合微流体控制和外部场，可以实现更复杂的材料排列和结构设计，例如在微流体系统中生成具有特定功能的梯度结构，或在电场辅助下实现材料的定向排列，从而增强打印件的机械性能和功能性。此外，这些方法还能减少打印过程中的污染和材料浪费，提高制造的可持续性。

随着这些技术的不断发展，3D打印正逐步向更高精度、更广泛材料兼容性和更高效制造方向迈进。同时，机器学习（ML）等智能技术的引入，为场辅助和微流体辅助3D打印提供了优化参数和提升制造质量的新手段。通过ML算法对打印过程中的多种数据（如光学成像、声学信号、电导率和流速等）进行实时分析，可以动态调整打印参数，提高打印过程的稳定性和精确性。此外，ML还能加速材料配方的开发，如针对电场辅助打印的树脂设计，从而减少实验的试错过程。

展望未来，这些新兴的3D打印技术有望进一步突破传统制造的限制，推动制造技术向更智能化、多功能化和高精度方向发展。通过整合多种物理场和微流体控制手段，可以实现对材料和结构的更精细调控，为生物医学、电子和先进制造等领域带来革命性的创新。同时，随着这些技术的成熟和标准化，它们在工业大规模生产中的应用也将逐步拓展，推动3D打印从实验室研究走向实际应用。此外，机器学习等智能技术的结合，将进一步提升制造的自动化水平，使3D打印成为更加高效、可持续和自适应的制造手段。