據了解，TU Delft的一組研究人員近期進一步優化了3D打印分級微結構的過程。之前已有不少人在研究一個問題——分級密度可以有效地利用質量。以骨骼為例：骨骼的密度越高，能承受的壓力就越大，而骨骼感知到的重量越輕。也就是說，骨骼具有高強度重量比，并且在需要承受的地方是剛性的，而在其他點處也是更柔韌的。密度的變化是呈微觀結構梯度，并且它在整個自然界中都會存在，但3D打印這些梯度卻不能像自然狀態呈現的那么容易。

制造微結構梯度的主要障礙來源于匹配相鄰單元的兼容性；微結構必須彼此間物理連接，但由于具有不同的密度，它們的幾何形狀不一定能很好地對齊，這意味著一些單元會排斥接觸不同等級的相鄰單元。這樣就會產生影響結構完整性的問題，從而可能會導致在3D打印期間以及成型后出現問題。想要解決此類問題，最好的方案主要是通過計算和算法，關鍵在于創建幾何體，用3D打印機打印出適合的硬件。

TU Delft團隊最終找到了“拓撲優化微結構之間的最佳連接”，并且，他們的方法同時優化了“單元以及相鄰單元的物理特性”，即確保物質連接和平滑變化。他們通過3D打印植入原型演示了自己的方法，可以看到，隨著向零件外部拓展，中心區域由密集逐漸變得更加多孔。這就是 “功能性漸變促進骨“，表現出種植體界面處的骨向內生長，同時保持結構完整性并增加骨向內生長無關的區域的機械性質。

研究人員的分級微觀結構優化過程將會很好地服務于醫療和航空航天工業，而其中的輕量級性能也受到了高度贊賞。最終，這些密度梯度將作為3D建模軟件或切片程序亦或兩者兼具的形式被應用于醫療和航空航天。如此，設計師就能夠選擇起點、終點、漸變范圍和方向，就像在Photoshop中一樣，靈活使用密度漸變打印出3D對象。下一步，誰又將成為先行者呢？

來源：增材制造協會