功用梯度资料（FGM）的成分/结构在空间上梯度改变以完成其机械、热膨胀、介电功用或其他功用的梯度改变。因为其可调控的多功用特性及对特定运用需求的高度适应性，功用梯度资料的规划、构建和运用一直是资料科学和资料加工范畴的研讨热门，其在微电子、航空航天、软体机器人及生物医学工程等范畴具有极端严重运用价值。可是功用梯度资料在空间上的各向异性不可避免地与传统制作技能 (如铸造、切削及注塑等) 不兼容，功用梯度资料的三维精准构建一直是资料加工范畴的严重应战之一。

  尽管现在运用喷涂、电堆积和粉末冶金等制作技能能加工一维/二维梯度资料，可是无法制作三维、杂乱的梯度资料。针对这一难题，比利时鲁汶大膏火广海、Rob Ameloot团队根据立体光刻3D打印工艺，开发了一系列用来制作功用梯度资料的新式灰度3D打印技能。

  在外部条件刺激下 (压力、温度和光照等) ，力学梯度资料可产生各向异性变形，这种梯度呼应特性为软体机器人技能带来了新的关键。使用灰度掩模，根据数字微振镜 (DMD) 的立体光刻3D打印技能在空间上界说资料的光聚合程度，能轻松完成力学梯度资料的构建。可是，DMD灰度光固化依托256级灰度掩模 (8-bit) 来调控曝光能量的梯度散布，与大多数投影式光固化设备（如LCD设备）并不兼容。为处理这一约束，根据数字半色调图像处理技能，费广海、Rob Ameloot团队开发了一种能在任何投影式光固化设备（DMD或LCD设备）上完成梯度打印的新式灰度打印技能，突破了长期以来灰度光固化只能依托DMD打印机来完成的约束。相关效果以Digital Halftoning for Printer-Independent Stereolithography of Functionally Graded Materials为题发表于Cell Reports Physical Science（Cell Press、封面文章）。

  （2）数字光固化和挑选性溶解工艺的开发及“孔隙率和填料含量”两层梯度的完成

  微观结构较为杂乱且具有微米孔径 (50 μm) 和梯度孔隙率的多孔资料在医学植入体和微流控等范畴有巨大潜力。可是，传统的资料加工技能不适合制作这种三维、杂乱的梯度多孔资料。结合光固化技能和化学溶解战略，费广海、Rob Ameloot团队开发了一种数字灰度光固化和挑选性溶解工艺来完成梯度多孔资料的制备。在数字灰度曝光战略的效果下，光敏树脂产生梯度交联反响，构成具有梯度交联密度的高分子网络。打印样品浸入清洗溶剂后，经过调整溶剂浓度和浸泡程序来操控高分子的交联网络溶胀程度，从而使溶剂有挑选性地渗透到交联密度较低的区域 (溶胀速度较快) ，溶解填料并构成梯度多孔资料。相关效果以Stereolithographic 3D Printing of Graded Porous Materials via an Integrated Digital Exposure and Selective Dissolution Strategy为题，发表于Cell Reports Physical Science。

  灰度立体光刻技能经过准确操控3D打印进程的曝光能量和高分子的聚合度来制备功用梯度资料。这项综合性作业深入研讨了各种灰度光固化3D打印技能及其作业机理（光能操控原理及高分子聚合机制），剖析了各类技能的优缺点及其运用场景，供给了改善灰度光固化3D打印的办法。相关效果以From Grayscale Photopolymerization 3D Printing to Functionally Graded Materials为题发表于Advanced Functional Materials（封面文章）。

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