中國(guó)科大提出熱固性材料新型3D打印方法

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

中國(guó)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(xiě)(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(guó)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(lái)，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(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)與功能性提出了更高的需求，面向其開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單、普適、廉價(jià)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(guò)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(shí)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(lèi)似。通過(guò)采用不同直徑的噴頭，該方法的尺寸可擴(kuò)展性得到了驗(yàn)證，實(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)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(guò)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