從更長遠的角度看，3D打印技術的核心是具備多元材料同時打印的能力。在前麵的章節中，我們提到過3D打印機可以打印不同材料製造的部件。例如，一個塑料的擠壓機可以這一次用紅色塑料打印，下一次用白色塑料；一個金屬打印機可以打印夾雜著不鏽鋼的鈦金屬。事實上，不同材料組件的聯合製造能力可以消除傳統組裝的挑戰和局限，使我們能夠製造日趨複雜的物體。但是最令我們對多元材料打印感到興奮的是，多元材料聯合打印不僅能夠同時打印多種材料，還能使這些材料模式化為複雜的新的超材料。
在紙張打印機出現的早期，有些點陣式打印機配有四色色帶，可以打印紅色、綠色、藍色和黑色，但是每次隻能使用一種顏色。曆史上甚至還出現過配有8種顏色、8支鋼筆的筆式繪圖儀，但需要提前加載繪圖儀上你想用的顏色，並且一行隻能使用一支筆。
當打印機在精確率和分辨率不斷提高的基礎上實現即時混合基色時，打印技術取得了突破。如同從單色打印機過渡到彩色打印機，或從黑白電視過渡到彩色電視一樣，隻添加三種基色就可以產生數以百萬計的深淺色調。隨著同時混合打印的基礎材料的增加，3D打印機所具備的功能會成倍增長。因為你不僅可以打印這些基礎材料，還可以通過基礎材料的排列組合打印出基礎材料的組合體。
探索多材料打印的先驅公司之一是Objet公司—位於特拉維夫附近的一家以色列公司，最近並入了Stratasys 公司。我參觀了Objet 公司總部，探訪其正在進行的研究。位於橘樹林旁一個繁華的科技園裏，Objet公司正在改變人們對材料的看法。Objet公司的首席技術官愛德華多?納普達斯和首席材料科學家丹尼爾?季科夫斯基帶我參觀了接待大廳，那裏到處都是多材料打印出來的解剖模型、工業原型和玩具。
丹尼爾和愛德華多解釋說，多材料打印不僅要混合材料，而且要創造出全新類型的材料。
材料科學家沉迷於新材料，通常是對新材料的新性能和特征（如重量、強度和靈活性）感興趣。工程師通常對擁有多種性能的組合體更感興趣，例如同時兼具輕質和強性能的材料，或者同時具備靈活性和光學上的透明度的材料。一些材料的特性是直觀的，如密度和靈活性，其他特性則不那麼直觀，如材料在斷裂之前所能持續的拉伸周期，或者在其折斷之前能延展的長度。例如，當工程師設計飛機機翼時，由於存在湍流，會對機翼結構施加影響的拉伸周期或者與增壓和減壓周期相關的機身壓力重新核算，這一性能就是所謂的疲勞強度。
材料性能會複雜到難以理解和預期的程度，而“材料設計”仍然是材料科學的聖杯。3D打印可以在很大程度上增加材料的種類，但問題是我們不知道它的未來走向和未來預期。
在第一次打印多材料時，直觀的感覺是混合材料的性能可能會介於基礎材料和主要材料之間。如果將相等的硬質材料和軟質材料混合在一起，你將會得到一個半硬半軟的材料。但事實證明並不完全如此，最終成型的材料屬性取決於你混合材料的方式。
例如，如果按照棋盤式的圖案打印軟硬材料，新產生的材料可能會具有一定的硬度。但如果你按照隨機樣式打印同樣兩種類型、同樣數量的材料，你就會得到硬度更強的新材料。打印模式、不同的材料由打印機依需求混合。
如果你眯著眼睛低頭看棋盤圖案，例如棋盤式的地磚，你可以看到黑白交替的對角線。同樣，當兩種材料以棋盤圖案進行打印時，軟質材料的長對角線鏈就會變成“薄弱環節”，使複合材料更軟。但如果你按照隨機樣式將兩種材料混合打印，就不存在鮮明的“薄弱環節”，所以整個材料就會變得更硬。
科學家們很早就知道材料中原子的納米排列決定了其總體性能。從業者在幾個世紀前就指出，隨機模式比規律模式更堅硬。鐵匠將熱金屬劍在冷水中進行淬火以使金屬能夠快速冷卻，然後形成任意形狀的小晶體，而不是使之慢慢冷卻成為柔軟、光滑、可鍛造的鑄鐵。但是這是我們第一次能夠直接地、明確地控製這些模式。然而目前我們不可能在原子納米級水平上直接控製，而是在微尺寸的基礎上逐漸摸索下去。