图3所示：调制印刷材料的机械和流变性能。

如臂驱使：从数字设计到工程制造

研究人员开发的工作流程允许用户将几何模型与梯度数据相结合，以创建功能梯度材料数据并生成制造代码 (图4A) 。这个工作流程基于三维建模软件Rhinoceros 3D内的可视化编程接口Grasshopper，使设计和制造之间无缝对接，允许用户在设计过程中利用制造参数包括沉积顺序、沉积速率、沉积比(通过(i)叠层、(ii)改变材料量、(iii)改变材料组成改变沉积比)来创建不同的梯度属性。

研究者设定程序改变打印材料的沉积顺序，如 图4B所示，先沉积粘度低的，后沉积粘度高的，从而获得刚度梯度。研究者也可以通过改变沉积速率获得刚度梯度，而沉积速率(ml/mm)取决于注射器泵的挤出速率(ml/s)和打印机的喷嘴速度(mm/s)。研究者还可以通过改变材料的混合比例来产生梯度(图4D-G)。

图4所示：刚度梯度材料的设计制作流程。

刚度梯度引导变形过程

图6显示了如何使用刚度梯度来指导对象的变形。通过探索不同纤维素混合物的杨氏模量范围(图6A)，可以打印出具有相同横截面厚度的视觉上相似的样品，这些样品由于其独特的刚度梯度而表现出不同的变形行为和末端几何形状(图6B-E)。

研究人员认为这种 刚度梯度材料对柔性机械和 柔性机器人的发展有重要意义，它可以被用来创建在驱动力的作用下表现出复杂的变形行为和力的重新分布的物体。图6 (F-G)显示了使用不同加工策略的纤维素样品的变形情况，在外力作用下，样品变形取决于样品本身的刚度梯度。

图6所示：图案刚度梯度编程样品变形

小结

*后，研究者认为 这项工作利用了材料工程和数字处理相结合的方法来控制材料的混合和沉积，使基于增材制造的可调粘弹性材料-羟乙基纤维素复合物具有连续的、高对比度的和多向的刚度梯度。同时，开发的工作流程允许将梯度信息嵌入到设计模型中，从而更好地分布材料，进行制造。