这项由中国科学技术大学、南方科技大学与美国南加州大学联合完成、发表于 Nature Communications 的工作，最直接的成果可以用一组区间来概括：可打印墨水的动态黏度跨度约 10⁻¹ 至 10⁵ Pa·s，横跨五个数量级；成型最小线宽 50μm，最大立体高度 120mm；全过程不添加任何流变改性填料。对做热固性树脂直写的课题组来说，后面这半句比前面的数字更重要——它意味着商用硅酮、环氧 AB 胶可以拆封即用。

硅酮、环氧这类热固材料在柔性电子、软体机器人、可穿戴传感方向的需求一直很旺，卡点始终在成型端。模具浇注、注塑做不了复杂镂空且周期长；光固化 3D 打印只认光敏树脂，通用性受限；而常规 DIW 浆料直写有一条硬性前提——墨水必须具备足以抵抗自重的屈服应力。低粘度热固树脂离开喷嘴后会在重力下迅速铺展塌陷，研究者通常只能掺入二氧化硅或氯化钠颗粒把屈服应力堆起来。代价有两层：一是填料改变了材料的本征力学与化学特性，打印件性能不再等同于原配方；二是每换一种树脂就要重新摸一遍填料体系，配方开发成本高得不合理。

换一个变量：用固化动力学抵消坍塌

研究团队提出的原位双加热（in situ dual heating，ISDH）策略，没有继续在配方上做文章，而是改变了墨水在挤出瞬间所处的温度场。逻辑很直接：常规 DIW 靠墨水自身的屈服应力"扛住"重力，ISDH 则让墨水在重力起作用之前就完成凝胶——不是抵抗坍塌，而是不给坍塌留出时间。材料的筛选标准也因此从"流变是否适配"换成了"热固化动力学是否适配"。

支撑这一变量替换的物理基础，是热固体系的固化速率对温度极端敏感。把 Sylgard 184 这类双组分硅酮的凝胶时间放到温度轴上看，差距相当悬殊：室温静置需要等待约 30 小时体系才进入凝胶态；温度抬到 190℃，同一指标缩短为 1.05 秒，与之对应的是黏度在 1 秒量级内跨过三个数量级。团队用时温等效的双 Arrhenius 流变模型把这一过程参数化之后可以看清，升温同时推动了两个方向相反的效应——瞬时黏度被压低，挤出阻力随之减小；交联反应的活化能同样被拉低，固化提前完成。可打印工艺窗口，就是这两条趋势线交叠出来的那段区间。

喷头结构：一头冷、一头热的双温区设计

ISDH 能不能跑通，几乎完全取决于喷头附近温度场的控制精度。论文给出的打印头由环形陶瓷焦耳加热器、K 型热电偶、热隔离层，以及贴合喷嘴外形的定制液冷系统组成。料筒一侧靠隔热结构加流体冷却维持低温，保证墨水在挤出前保持低黏度顺畅流动；喷嘴出口一侧则由焦耳加热器提供高温环境。

刚挤出的丝材同时接受两个方向的热输入：上方来自焦耳加热器的辐射与对流，下方来自已固化高温基底的接触导热，这就是"双加热"的由来。几何参数上，加热器与喷嘴间距 H_heater 校准为 1mm，喷嘴尖端到基板距离 H_nozzle 校准为 0.08mm；基板本身是室温玻璃平台，但已成型部分的顶层在持续加热下可稳定在 190℃ 左右。

有限元分析给出了温度均匀化的时间尺度：刚沉积的第 i+1 层丝材，下表面先被第 i 层高温基底快速加热，下表面热流密度比上表面高出一个数量级；约 0.5 秒后上下表面温度趋于一致，上表面约 196℃、下表面约 193℃，此时凝胶在丝材截面内均匀发生。这个 0.5 秒的均温时间，实际上就是打印速度上限的物理约束。

参数窗口：两个温度决定丝材截面形状

对复现工艺而言，最有价值的是论文给出的双温度参数窗口。焦耳加热器温度 T_heater 与基底表面温度 T_i 共同决定单丝截面的高宽比 h/d，两者都存在明确的上下界：温度偏低时，丝材在凝胶前已经铺展，无法形成有效的堆叠截面；温度偏高时凝胶过快，墨水内部气泡来不及逸出就被固化包裹，形成缺陷。实验最终确定的较优窗口是 T_heater 取 240–260℃、T_i 取 170–190℃，在这个区间内既能保证 h/d 大于 0.2，又能把气泡率控制在可接受范围。

墨水侧的适配范围同样是靠固化动力学标定出来的。团队用流变仪与差示扫描量热法（DSC）测出每种材料的固化曲线，再按"流动窗口约 1 秒"的原则反推所需打印温度。测试覆盖了牛顿流体（Sylgard 184）、剪切变稀流体（Sylgard 186、Ecoflex 系列、DragonSkin 系列），以及含 20 wt% SiO₂ 的屈服应力流体（DragonSkin 10+SiO₂）。其中除 DragonSkin 系列因含填料本身具备屈服应力外，其余低黏度墨水在常规室温 DIW 下都是无法成型的。环氧墨水是个典型例子：25℃ 下黏度约 230 Pa·s 且基本恒定，看流变曲线毫无可打印性可言，但在 T_heater = 240℃、T_i = 170℃ 条件下 1 秒内即可固化，因此被纳入体系。

成型上限与打印件性能对照

成型能力的边界，团队是在 Sylgard 184 单材料体系上逐项测出来的。先看横向的尺度跨度：喷嘴口径从 1mm 到 25μm 都能出活，大口径那一端用来做直径 90mm 的褶皱环，小口径那一端可以把线宽压到 50μm 去打蛇形网格，两者相差接近两个数量级。再看纵向的堆叠上限：T_heater 取 260℃ 时，圆柱管可以连续长到 120mm 高、壁厚 1.5mm，切开后在扫描电镜下观察，截面致密，既没有孔洞也没有层间塌陷。唯一的例外出现在紧贴室温玻璃平台的底部若干层——那个位置散热通道更通畅，丝材降温快、铺展略大，壁厚因此比中上段稍厚一些。

整项工作里最有分量的证据来自性能对照。ISDH 成型的狗骨试样，拉伸测出的杨氏模量与极限强度和同配方模铸件落在同一水平；更少见的一点是，沿打印方向与垂直打印方向分别取样，两组应力—应变曲线彼此重合，材料表现为各向同性——逐层堆叠的增材工艺通常很难达到这个状态。化学层面的核查同样通过：红外与拉曼谱图上，打印件与模铸件的特征峰一致，说明 190℃ 的短时高温没有造成可观测的氧化；DSC 给出的固化度为 99.4%。这些结果都指向同一个原因——整个流程没有向体系添加任何流变改性剂，交联反应的化学路径也未被改动，商用热固树脂的本征性能因此被完整保留。

从异质结构到软电子的延伸

凝胶速度进入秒级之后，多材料交替打印中最棘手的界面结合问题也一并有了着落。验证分两组进行。第一组考察异质界面：Sylgard 184、DragonSkin 10 以及掺 SiO₂ 的 DragonSkin 10 三种墨水交替打成图案，分界线清晰可辨，整体拉伸时界面处不出现脱粘；换成 Ecoflex 00-30 与环氧配成的软硬互锁几何，受载时软区大幅变形，硬区几乎不动。第二组考察功能梯度：NdFeB 微颗粒以 0–20 vol% 的梯度掺进 Sylgard 184 基体，逐段独立指定磁粉含量与充磁方向，打成磁条、磁花以及磁响应血管支架，置于 50 mT 均匀磁场中分别做出弯曲、绽放和径向收缩三类可预期的动作。

还有一条延伸值得单独提：ISDH 的打印温度低于多数电子元件的焊接温度，因此可以和拾取—放置装配工序交叉进行。团队在 Ecoflex 00-30 基底上打印银片／氟弹性体导电墨水线圈，中途拾放 LED，再覆盖绝缘层，成品在交变磁场中可无线点亮且弯曲时保持导通；进一步做成的多层软触感传感器，在拉伸、弯曲、扭转后仍能正常工作。这说明 ISDH 的落点不止是结构成型，而是"结构+电路+元件"的一体化软电子制造。

设备适配：现有 DIW 平台改造成 ISDH 需要哪些条件

这套工艺对设备的改动集中在喷头模块，运动平台与控制系统基本可以沿用，改造门槛并不高，但有几项要求必须满足。

双温区的热隔离能力。料筒需要维持低温、喷嘴出口需要 240–260℃，两者相距仅几十毫米，中间的隔热层与液冷回路设计是成败关键。隔热不足会导致料筒内墨水提前交联堵头，这是复现这类工艺时最常见的失败模式。液冷需要独立循环并具备温度闭环，仅靠风冷难以在长时间打印中维持稳定。

Z 向精度与首层高度控制。H_nozzle 校准值为 0.08mm、H_heater 为 1mm，属于对 Z 向重复定位精度要求较高的量级。加热器持续高温还会带来喷头组件的热膨胀漂移，长时间打印需要考虑 Z 向补偿或采用低膨胀系数的喷头支架材料。

温度闭环与实时采集。T_heater 与 T_i 两个温度共同决定 h/d，其中 T_i 是随打印高度变化的——底层靠近室温玻璃平台散热快，顶层积热明显。要在 120mm 这样的高度上保持一致的丝材形态，控制系统应支持按层设定或按高度插值调整加热功率，而不是全程恒定功率。

挤出方式与料筒容量。低黏度热固树脂在冷料筒条件下流动性很好，气动与柱塞挤出都能工作，但双组分体系有适用期限制，料筒容量应按单次打印时长和胶体适用期反推，必要时采用静态混合管在线混胶。多材料异质打印则需要多喷头各自独立温控，不能共用一路加热。

最小线宽对应的喷嘴与压力。25μm 喷嘴打 50μm 线宽属于精密档位，此时针头段压降极大，供料压力与运动速度的匹配窗口很窄，建议先用 200μm 以上喷嘴把温度窗口标定好，再逐级缩小喷嘴，避免同时调多个变量。