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多材料3D打印水凝胶的研究现状

更新时间: 2021-08-04 11:11:56  查看次数: 202    
根据不同的打印方法设计出了不同的多材料打印解决方案。主要围绕水凝胶的3D打印展开,介绍墨水直写和数字光处理两种多材料打印技术的解决方案。
通常墨水直写技术的多材料3D打印方法是通过控制多个材料喷头实现的。这种方法需要事先把材料分配给指定的模型区域,然后多个喷头根据指令进行切换。Hardin针对墨水直写的3D打印方法,提出了使用单个特殊设计的微流控喷墨头进行多材料3D打印。利用这个新型的微流控器件,多种墨水能在一个喷嘴内快速切换,不仅极大地简化了走线的路径规划,而且为功能物质的可编程装配开辟了新的机会。

在水凝胶的实际运用中,单一水凝胶材料已经不能满足实际使用的要求,常常需要水凝胶与其他聚合物组合形成复合结构,用于保护水凝胶、增强水凝胶或增加水凝胶的功能,这些应用都已在绪论中提及。因此,开发一种设计自由度高、材料选择丰富的水凝胶-聚合物混合结构的有效打印方法是很有必要的。
基于数字光处理技术开发了一种简单而通用的多材料3D打印方法,使得可拉伸的、功能性的水凝胶能够与其他不同的可紫外固化的聚合物进行复杂的3D混合打印,包括弹性体、刚性聚合物、ABS-like聚合物、形状记忆聚合物和其他基于(甲基)丙烯酸酯的紫外光固化聚合物。并且本文解决了水凝胶与其他材料的界面粘接问题,解释了界面粘接机理。最后,我们基于这种多材料3D打印方法展示了水凝胶与其它聚合物三维结合的应用案例,为实现多功能的柔性器件奠定了新的基础。

实现数字光处理的多材料打印技术,就是需要在多个材料容器之间进行有序的切换。Kowsari等将多种材料的液滴放置在一块涂有聚四氟乙烯的硼硅玻璃板上,在不改变紫外光灯位置的前提下,根据模型切片程序中材料的分配有序的来回移动玻璃,紫外投影仪也根据切片文件进行指定图案的投影,从而实现多种材料之间的切换。