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佛罗里达大学的工程师们开发了一种名为蒸汽诱导相分离三维打印（VIPS-3DP）的方法，可以制造单一材料和多种材料的物体。佛罗里达大学机械与航空航天工程系的教授Yong Huang博士解释说，这种新颖方法既具有成本效益，又具有可持续性。该过程的细节已在《自然通讯》杂志上发表。
为了更好地理解这一过程，可以想象使用环保液体作为3D打印机的“墨水”。这些液体是基于聚合物的，可能含有金属或陶瓷颗粒。在使用这种墨水进行打印时，会释放一种非溶剂蒸汽到打印区域，导致墨水的液体成分凝固。这就是蒸汽诱导相分离过程，留下固体材料。
VIPS-3DP技术用于3D打印聚合物、金属和复合材料，提供了一个简单经济的解决方案。在VIPS-3D打印过程中，将溶解的基于聚合物的墨水在雾化的非溶剂存在下沉积。由于其与非溶剂的化学亲和力更强，这导致了低挥发性溶剂以受控的方式从丝状物中被提取出来。
结果，由于诱导相分离过程，聚合物相在原位硬化。溶剂的低挥发性允许在打印后回收它，最大限度地减少其对环境的影响。最初，研究人员展示了使用VIPS-3DP进行聚合物打印的应用，突出了其创建复杂结构的能力。然后，他们扩展了这一应用，利用VIPS-3DP沉积基于聚合物的金属墨水和复合粉负载的聚合物墨水，这些墨水在施加热循环后可以转化为金属零件或复合材料。此外，VIPS-3D打印方法通过控制打印路径和使用无机空隙填充剂作为丝内多孔剂，促进了多孔结构和功能梯度零件的生产。
Yong Huang博士解释说，VIPS-3DP过程使制造商能够打印具有不同孔隙度的多材料零件。这意味着可以制造具有不同物质和不同水平小孔或间隙的结构。通过调整打印条件和过程中使用的牺牲材料的量，可以调节物体的多孔度。这对于制造多孔医疗植入物或轻量级航空产品可能是有利的。
该论文的第一作者、Huang实验室的前研究生Marc Sole-Gras博士补充说，这种方法在创建具有不同孔隙度的金属产品方面表现出特别的潜力。例如，它可以用于骨组织工程，打印与人体细胞良好结合的植入物。
VIPS-3DP过程相对于传统的打印方法，提供了制造优势和可持续性好处。它利用可持续材料，能耗更低。
总之，研究证明了VIPS-3DP过程在打印基于聚合物的零件时利用雾化的非溶剂实现固化的有效性。所使用的溶剂可以被重复利用，使得该过程更加高效。这种固化机制也可以应用于使用基于聚合物的胶体墨水打印复合零件，从而实现聚合物-金属和聚合物-陶瓷零件的制造。然而，对于陶瓷和金属颗粒基悬浮液的固化和结合，需要VIPS概念。通过引入热循环去除聚合物并诱导固态烧结，可以制造纯金属、陶瓷和复合零件。此外，VIPS-3DP过程还允许通过使用混合器结合丝间和丝内多孔度，创造具有不同孔隙水平的零件。这样的零件可能在多尺度多孔度骨植入物等领域找到应用。
VIPS-3DP为打印工程聚合物提供了一种无需加热或为特定固化机制定制的替代方法。它还能够使用聚合物作为粘合剂材料，创造异质复合结构。然而，需要注意的是，由于相分离过程，所得到的微观结构将是多孔的。虽然这种多孔性对于某些应用可能是有利的，但并非用于承载重量的目的。
对于需要具有承载性能的应用，需要进一步研究了解使用牺牲模板添加剂的打印过程如何影响或控制孔隙大小。值得一提的是，VIPS-3D过程可以通过创建雾化环境来经济实施，而典型的DIW过程则需要墨水在原地固化以保持打印形态。
VIPS-3DP的打印速度取决于墨水的固化速率，受到非溶剂蒸汽的扩散速度、相分离过程中的聚合物分离速率、非溶剂浓度（在本例中是相对湿度）和聚合物浓度等因素的影响。同样，打印分辨率受到给定聚合物墨水的最小可用喷嘴尺寸的限制。
在设计阶段，需要考虑使用VIPS-3DP过程创建的聚合物零件的后打印变化。这些变化是由于固化的相分离机制导致的。
这项由佛罗里达大学授权的技术的开发已获得两项专利，并得到了来自国家科学基金会和能源部等联邦机构的资助。
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