中國科大提出熱固性材料新型3D打印方法

來源：中國科學(xué)報

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院機(jī)器人與智能裝備所副教授李木軍、近代力學(xué)系特任教授王柳與南加州大學(xué)教授Yong Chen合作，提出了一種原位雙重加熱(ISDH)策略，成功實現(xiàn)了對具有多種流變性質(zhì)和功能特性的熱固性材料的墨水直寫(DIW)打印。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然-通訊》。

△原位雙重加熱（ISDH）打印熱固性材料示意圖 中國科大供圖

熱固性材料在交聯(lián)后形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。近年來，熱固性材料在軟體機(jī)器人和柔性電子等領(lǐng)域扮演著愈發(fā)重要的角色。新型軟體機(jī)器人對復(fù)雜結(jié)構(gòu)與功能性提出了更高的需求，面向其開發(fā)一種簡單、普適、廉價的熱固性材料制造方法具有重要的意義。然而，熱固性材料的3D打印仍然存在諸多限制，如固化原理、材料的流變性和成型效率等。

此次工作中，研究人員提出通過鄰接層快速加熱和焦耳加熱器加熱的雙重加熱方式，使得代表性的熱固性材料Sylgard 184最快可以在2s內(nèi)固化，從而成功實現(xiàn)了未經(jīng)改性的低粘度Sylgard 184的直接3D打印，打印結(jié)構(gòu)與模具鑄造結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能類似。通過采用不同直徑的噴頭，該方法的尺寸可擴(kuò)展性得到了驗證，實現(xiàn)了120毫米的最大打印高度和50微米的分辨率。作者展示了一批具有不同性質(zhì)的熱固性材料的ISDH打印，這些材料具有跨越五個數(shù)量級的動態(tài)粘度變化，包括牛頓流體、剪切變稀流體和屈服應(yīng)力流體等。

該工作還展示了ISDH打印豐富的功能性，包括打印多材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及不同釹鐵硼含量的磁響應(yīng)柔性結(jié)構(gòu)（如柔性血管支架）等。通過與“拾取-貼裝”工藝結(jié)合，ISDH打印還可以制造柔性電子設(shè)備。這些結(jié)果表明，ISDH打印在新興的軟體機(jī)器人、柔性電子等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35929-y