浙江大學：多功能水凝膠3D打印技術

供稿人:陳義 魯中良

針對復雜軟結構零件的成形需求，浙江大學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械性能和生物相容性，同時可實現(xiàn)各種軟結構零件成形，如加載的網(wǎng)狀結構、軟機器人、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。卡波姆基膠體可與雙網(wǎng)狀水凝膠、納米顆粒增強功能水凝膠、刺激反應性水凝膠、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構的力學性能?？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卡波姆對水凝膠力學性能的影響示意圖

圖3 直寫成形的水凝膠零件

研究人員打印了功能多樣、機械性能高的水凝膠零件，通過調控多種材料配方，提高了直寫成形零件的復雜性和功能的多樣性，并將成果應用于柔性機器人的制造和4D打印。同時，卡波姆可作為生物醫(yī)學領域的重要材料，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)學工程中具有巨大的應用潛力，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備制造開辟了新的途徑。

參考文獻：
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：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室