Hinton等［7］发展了一种悬浮凝胶的自由可逆嵌入式（freeform reversible embedding of suspended hydrogels，FRESH）打印方法。该方法用一个热可逆明胶支撑池以使3D生物结构沉积其中，并用一个高适形化、低成本的生物增材制造平台来实现。FRESH方法主要的创新是在一种凝胶支撑池中嵌入和沉积另一种凝胶，以保持所打印的3D结构并大大提升了打印精度。支撑池里是明胶微粒，在打印过程中其性质类似于宾汉塑性体，即在低的切应力下像刚体，而在高的切应力下像黏性流体。这就意味着针状喷头在支撑池中移动时几乎没有机械阻力，而在水凝胶从喷头中挤出时就可以待在原地不动，这样，在空气中打印时会导致坍塌的柔性墨水能很容易地在支撑池中打印，从而制造所需要的几何结构。具体的打印过程如图8.1所示，图8.2展示了一个用FRESH方法在卡波姆凝胶支撑池中用PDMS墨水打印的三维结构［8］。
图8.1 FRESH方法打印过程［7］
a.FRESH打印原理图：绿色为挤出并交联的水凝胶墨水，黄色为一种热可逆明胶支撑池。经过层层打印成型3D结构，打印完成后，加热至37℃融化并去除支撑明胶；b.用FRESH打印方法制作的新罗马字母“CMU”（黑色），培养皿中的灰色物质为支撑明胶，当支撑明胶融化时，其光学性质和黑色物质的扩散会导致字母看起来是变形的（比例尺为1cm）。
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图8.2 在卡波姆凝胶支撑池中用PDMS墨水打印的3D结构［8］
在探索液态金属打印技术时，我们借鉴了上面所介绍的FRESH方法。在没有外加场效应的作用下，较高的表面张力和较低的流体黏度是决定室温液态金属通过喷头挤出过程与挤出形状的主要因素。这些特性使得室温液态金属挤出后常以液滴的形式悬挂于喷头尖端，接触液滴之间容易发生融合现象，这些都限制了室温液态金属形成宏观三维结构［9-11］。
为了克服表面张力与黏度对室温液态金属成型的影响，笔者实验室于永泽等［6］采用自恢复水凝胶作为支撑材料，利用凝胶可在流体与固体状态间自由转换的材料特性，使打印喷头可以在凝胶支撑环境中按照事先设定好的成型路径自由往复运动，并连续挤出室温液态金属，借助凝胶材料用来支撑并固定挤出液态金属的形状，通过逐层堆积来成型具有复杂形状的宏观三维结构，成型原理如图8.3所示。在喷头运动过程中，凝胶材料受到喷头的挤压而发生局部液化，这使得喷头可以轻易插入凝胶内部并自如运动；当喷头经过后，发生液化的凝胶会迅速固化并恢复到稳定形态［6，12，13］。打印过程中，室温液态金属通过打印喷头被连续挤出。较高的表面张力使得挤出的液态金属以球状液滴的形态悬挂在喷头尖端，随着喷头与凝胶之间的相对运动，挤出的金属液滴发生颈缩并最终与喷头断开，被支撑凝胶包裹、固定，在打印喷头经过的路径上留下一系列独立的液态金属微球。在凝胶支撑环境中通过室温液态金属微球的逐层堆积，最终成型多维度宏观三维结构。
图8.3 室温液态金属悬浮打印成型原理示意［14］
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