自然界的骨、绢、木材等生物材料自组织形成分级复合结构的轻质结构，不仅具有优良的机械性能，而且可以再循环再生长。 瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员借鉴生物材料在自然界中的生长机理，采用分级3D打印液晶聚合物的方法建立了一种新型的可回收轻质结构。
该技术利用热致液晶芳香族聚酯中刚性分子碎片在熔融状态下可以自组装形成液晶向列区域的现象，研究人员采用FDM技术在材料挤出成形过程中沿印刷路径自组装熔融的液晶材料，实现材料结构的各向异性生长后， 结合材料的各向异性和3D打印复合成形能力进一步优化了结构的机械性能，可以获得与传统轻质材料的刚度、强度和韧性相媲美的高质量结构。
图1利用FDM法印刷分级热致液晶聚合物( a )由刚性单体构成芳香族无规共聚聚酯构成的棒状聚合物链； ) b )熔融状态刚性聚合物棒在同一方向对齐； ) c )局部排列向列区域在聚合物中形成准各向同性区域； ( d )加热的喷嘴在挤出操作时利用拉力和剪切力对聚合物进行改性； ( e )材料挤出后失去自身定向) f )沉积材料在一定高度的表面再次调整匹配，形成核壳结构； ( g-h )链末端通过热处理使化学交联分子量增加
图2液晶聚合物长丝性能与印花条件的关系( a )核壳结构长丝假彩色扫描电镜图像； ( b-c )核壳结构长丝横截面的偏光显微镜图像； ) d ) x射线衍射显示取向聚合物的占有率更高； ( e )垂直挤出长丝的强度和杨氏模量均随喷嘴直径的减小而增大； ) f )水平方向印刷的长丝的强度和杨氏模量均随着长丝高度的减小而增大； ) g )喷嘴温度与室温温差与长丝杨氏模量的关系； ) h )固体退火处理通过增加聚合物分子量，可以得到提高的性能
研究人员对印刷的样品进行了力学性能测试，发现这种热致液晶聚合物自组装的各向异性细丝可以使材料的韧性等机械性能从提高达到与现有轻质材料相似的程度。
图3 3D打印液晶聚合物层压板及部件的机械性能和复杂结构( a )液晶聚合物开孔层压板在张力作用下的力学性能； ) b )断裂前开孔的应变图) c )液晶聚合物的印刷线路和部件的比刚性、比强度、衰减性能； ( d-e )具有复杂结构的3D打印液晶聚合物模型
该技术采用分级3D打印技术，成功解决了传统纤维增强聚合物结构性能脆、难成型的难题，可利用可回收材料进行再制造，突破了复合材料回收利用的关键技术，成功制备出具有优良机械性能的轻质构件，今后将有新的发展
参考文献
Gantenbein S，Masania K，Woigk W，et al.three-dimensionalprintingofhierarchicalliquid-crystal-polymer structures [ j ].
作者：杨强，李涤
