导读：增材制造（又称3D打印）是构建复杂结构的宝贵平台。如果使用传统技术，这些复杂结构制作起来不是更费时，就是根本不可能。3D打印的终极目标是在微观层面上完全控制成品的组成、几何形态和性质。不过，对于由多种材料制成的物体来说，每种材料能打印的最小尺度是一定的，这是因为打印机切换材料的速度太慢了。所以，想要使用一台打印机打出功能性的多材质设备，我们需要新的技术。Skylar-Scott等人在《自然》上报告了一种微米尺度的打印方式，只用一个喷头就能在各种粘性材料中快速切换。作者还证明，使用平行排列的128个喷头，就能大大减少特定结构的打印时间，成功让整个领域迈上了一个新台阶。
3D打印软体或生物材料，通常会利用一种叫做“墨水直写”的工艺：让受压的粘性流体从一个移动喷头中挤出来。想要打印多材质物体，一般做法是用机械方式更换喷头，但这会限制最小切换时间。另一种策略是用一个喷头按顺序挤出多种材料，但至今为止，这种方法无法让不同材料之间出现明确边界，切换频率也难以超过1Hz。为了解决这些问题，Skylar-Scott等人开发了一种微流控喷头，喷头尖端最多能有8种粘性流体形成互相分离的细丝。他们巧妙利用了这些墨水的一个特性——它们只在内部压强超过一定程度的情况下才会流动。按顺序对不同流体加压之后，就能以最高50Hz的频率切换材料，特征打印尺度可达250微米。
这种切换频率之高，足以打印出“体素式”结构——即让3D网格中每个代表结构的点（体素）都可以拥有不同的材料性能。迄今为止，体素式结构的打印只在喷墨式（即喷出液滴而非挤出细丝）方法中用低粘性材质演示过。Skylar-Scott等人的成果拓展了高精度打印能够使用的材质范围，有望让需要精确控制局部材料性能的各种3D打印成为可能。为了证明这一方法的有效性，作者打印了两个功能性物件，全都包含周期排布的立体像素。一个是三浦（Miura）折叠的折纸：这是一张密铺样式的平行四边形薄片。Skylar-Scott和同事使用较硬的环氧树脂材质打印了大部分纸张，中间的折痕则用一种要软1000倍的环氧树脂制成。运用手的力量，就能把这个物体从平铺状态压缩成折叠状态。第二个物体是软体机器人，这个机器人由硬度不同的两种硅胶制成。机器人的每条腿都是一个小空腔，会在充气和抽气时向特定方向变形。通过不断充气抽气，就能让机器人往前走。对这两个物体而言，使用多个平行喷头是缩短打印时间的关键。而缩减打印时间之所以重要，也是因为打印用材料会从一开始的液态不断变硬，限制了使用它们的时间窗口。
Skylar-Scott等人的多材质多喷头技术对于开发“结构性”材料有着重要意义——这类材料的奇异特性来源于人工设计出的周期性子结构，而非其化学成分。比如那些超轻但很结实的材料，或是可以通过改变内部结构调整力学、光学或声学性质的材料。至今为止的大多数结构性材料都是由单一的非结构性组分构成的。能够在微观层面控制物体的组成，即打印出由不同材质体素组合成的物体，无疑打开了一扇新大门，让研究人员可以在同一种结构性材料中设计出更多更新的功能，或许能够制造出比现有材料更像完整机器的结构性材料。
但是，我们还没有到那一步。目前可用的打印材料和材料拥有的物性都亟需扩充，比如加入具有不同导电或导热性能的材料，或是吸收某种溶剂后会膨胀的材料。再有，目前打印头上的多喷头间距是固定的，并且每个喷头都要以同样的速率同步喷出液体。也就是说，Skylar-Scott等人的系统只能加速周期性结构的打印，而喷头的间距则决定了这些周期性组分的尺度。这样一来，想要制造不同周期的结构，就需要换一个打印头。
如果能增加喷头间距，这个多喷头系统就多了一个应用：并行打印多个相同物体。想要增强该技术的灵活性，也有很多工作要做，比如能独立控制打印头每个喷嘴的墨水流速，和喷墨式方法一样。对增材制造技术而言，Skylar-Scott等人突破了打印速度和材料种类的瓶颈，朝着控制微型结构（肉眼不可见）组分、几何形态和性质的方向更近了一步。这一突破不仅仅是工艺上的进步，它将改变我们设计、建造和思考功能性设备的方式。