列日大學利用3D打印通過表面張力雕刻出可控液體浮雕景觀
2025年6月19日，比利時列日大學（University of Liege）GRASP實驗室與布朗大學合作，開發了一種利用3D打印錐形棘狀結構和表面張力來塑造水面的方法。通過精心排列這些結構，研究人員將單個“彎月面”組合成更大的液體浮雕，使它能夠在重力作用下引導顆粒。
這項實驗展示了利用定制的3D打印棘柱結構操控液體界面以實現對漂浮物體的三維操控。通過精確設計棘柱的幾何形狀，可以在液體表面創建特定的高度梯度，從而引導和控制微小固體或液體顆粒沿著預定的路徑移動。這一創新為微觀顆粒運輸、分揀以及海洋污染控制等領域帶來了全新解決方案。
可編程特定液體形貌
毛細作用是由液體表面張力驅動的自然現象，常在液體邊緣形成微妙的曲率，稱為“彎月面”。如果將多個彎月面堆疊起來，塑造成復雜、動態的液體地形，會怎樣？研究團隊以此為基礎，首次實現了多個彎月面的集成和協同，通過精密排列的3D打印尖峰陣列，將單個彎月面“疊加”，進而塑造出復雜且可控的液體浮雕地形。通過調節棘狀結構的高度和間距，團隊成功構建了可編程的液體表面景觀，并以液體形式重現了布魯塞爾地標原子球塔。
項目負責人Megan Delens博士表示：“每個尖峰都會在周圍形成獨特的彎月面。通過精確排列和緊密布局，我們能夠將這些效應融合，形成大尺度的動態液體地形。”
Nicolas Vandewalle教授指出：“這種方法為移動和分揀微小漂浮物體（如彈珠、水滴、塑料顆粒等）提供了全新路徑”。本項技術不僅具有視覺沖擊力，更在功能性應用上展現出巨大潛力。借助液體表面的可編程地形，研究人員實現了無需外部能量輸入的漂浮顆粒自動分揀。隨著水面傾斜，物體會依據自身質量自然分離，實現高效、被動的微觀運輸和分類。
總的來說，研究人員利用毛細管力來精確操控微流體系統中的液體界面，從而實現對漂浮物體的精細控制。這種技術不依賴于傳統的泵或馬達等動力裝置，而是通過設計特定的3D打印棘柱結構來操控液體界面，利用毛細管彎月面的疊加效應。這為微流體技術、污染控制以及液體機器人技術等領域開辟了新的可能性，為實現更高效、更精確的液體操控提供了新的手段。最后，研究人員的目標是實現液體表面形狀的動態、可編程調控。展望未來，研究團隊計劃引入對磁場敏感或可變形材料，使尖峰陣列具備動態響應能力，從而實現對液體表面的實時控制。
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