在成型方式上，市面上的光固化連續數字光處理3D打印技術通常要採用液槽來盛裝大量液態樹脂。採用液槽來盛裝大量液態樹脂的方式導致在連續打印過程中，不該固化的區域因為受到照射而固化，不僅造成原材料的大量浪費，也降低了連續打印過程中的穩定性及分辨率。研究團隊摒棄了液槽，而是以單墨滴為成型單元，通過控制固化過程中氣、固、液三相接觸線，顯著減少了液體樹脂在固化結構表面的殘留。同時，以單墨滴為成型單元還降低了界面粘附，增加了液體內部樹脂的流動，顯著提高了3D打印的精度和穩定性。
克服困難，逐個擊破墨水難題
除了創新打印方式，此次研究中，研究團隊對打印所需的墨水也進行了大膽革新。“我們這次研究中最困難的環節就是打印墨水的開發。”宋延林表示。
針對上述問題，研究團隊創造性地研發出了利用氫鍵輔助的膠體顆粒墨水，賦予了打印結構高質量的結構色與光子晶體特性。研究團隊研發的墨水由三部分組成：實現三維結構構建的光固化單體和光引發劑、保證結構色的納米顆粒、減少光散射的添加劑。
在單體的選擇和引發劑合成上，考慮到環保要求，研究團隊合成的墨水為水性體系。但由於目前廣泛使用的引發劑大多為油溶性，少數水溶性的引發劑又與3D打印所採用的光波波長不匹配，光引發效率較低。為了能夠得到較高光引發效率的水溶性引發劑，團隊查閱了大量文獻並進行了反復的摸索實驗，最終成功合成出了水溶性的光引發劑。
除了引發劑，光固化單體的選擇更加至關重要。宋延林表示，合格的光固化單體必須滿足既能實現三維結構化，又不能在打印過程中引起聚合物和納米顆粒的相分離的條件。論文第一作者張虞表示，“最終我們找到了丙烯醯胺這種適合的單體。”
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