浙江大學(xué)：多功能水凝膠3D打印技術(shù)

供稿人:陳義 魯中良

針對(duì)復(fù)雜軟結(jié)構(gòu)零件的成形需求，浙江大學(xué)提出了一種基于卡波姆流變改性劑的直寫成形方法，該方法可用于多功能水凝膠快速成形。卡波姆對(duì)直寫成形漿料的流變改性效果顯著，可高效成形雙網(wǎng)狀水凝膠、磁性水凝膠、溫敏水凝膠和生物凝膠等。成形的多功能水凝膠具備良好的機(jī)械性能和生物相容性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)各種軟結(jié)構(gòu)零件成形，如加載的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、軟機(jī)器人、4D打印樹葉和培養(yǎng)皿等。

圖1含卡波姆漿料凝膠固化原理圖

研究人員將不同功能的水凝膠前驅(qū)體與剪切變薄的卡波姆膠體混合，制備出具有不同功能的水凝膠漿料?？ú坊z體可與雙網(wǎng)狀水凝膠、納米顆粒增強(qiáng)功能水凝膠、刺激反應(yīng)性水凝膠、普通水凝膠等多種水凝膠相容，適用于生物打印，提高直寫成形中水凝膠結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能?？ú纺z體具有超高的含水量(99.5%)，為直寫成形漿料提供了理想的流變特性，同時(shí)水凝膠漿料具有較高的粘度，能夠保證成形零件的形狀完整性。

圖2卡波姆對(duì)水凝膠力學(xué)性能的影響示意圖

圖3 直寫成形的水凝膠零件

研究人員打印了功能多樣、機(jī)械性能高的水凝膠零件，通過調(diào)控多種材料配方，提高了直寫成形零件的復(fù)雜性和功能的多樣性，并將成果應(yīng)用于柔性機(jī)器人的制造和4D打印。同時(shí)，卡波姆可作為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要材料，如傷口愈合、藥物傳遞等。通過測試聚乙二醇雙丙烯酸酯(PEGDA)-卡波姆水凝膠的生物相容性，證明這種流變改性劑有助于合成生物打印原料，在生物醫(yī)學(xué)工程中具有巨大的應(yīng)用潛力，基于卡波姆流變改性劑的3D打印方法為生物打印和集成水凝膠設(shè)備制造開辟了新的途徑。

參考文獻(xiàn)：
Z. Chen, D. Zhao, B. Liu, G. Nian, X. Li, J. Yin, S. Qu, W. Yang, 3D Printing of Multifunctional Hydrogels, Advanced Functional Materials 29 (20) (2019) 1900971.

供稿人:陳義 魯中良
供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室