北京化工大学开发出用于低温FDM 3D打印的抗菌复合线材

2020年4月28日，南极熊获悉，来自北京化工大学的研究人员开发出一种以淀粉为基础的聚己内酯（PCL）复合线材，可用于低温FDM  3D打印。然后通过添加生物活性成分对线材进行进一步的功能化处理，使其具有抗菌特性。

PCL-淀粉复合线材

PCL以其低熔化温度（60°C）和玻璃化温度（-60°C）而闻名，使其在不牺牲韧性的前提下，具有很好的弹性。这种聚合物也是可生物降解的，因此被认为是FDM 3D打印较安全的选择之一。然而，PCL确实存在凝固速度慢，熔体强度不理想的问题，因此研究人员想看看能否在这方面有所作为。

该团队的目标是研究淀粉对PCL的机械和结晶性能的影响。将现成的PCL、可溶性淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉分别在50℃的空气干燥器中干燥两小时。将100g干燥的PCL与不同质量的干淀粉(1g-11g)混合在一起，用高速电子搅拌器对混合物进行热混合。样品被造粒，然后被拉成丝线。

不同淀粉比例的打印样品，图片来源：BUCT。

用一台通用试验机测量了每个线材的抗拉强度。当取平均数后，发现淀粉对PCL的拉伸强度没有明显的不利影响，甚至在较高比例淀粉的混合物中，拉伸强度还会增加。

拉伸强度与淀粉含量的关系，图片来自BUCT。

在线材制备阶段的早期还发现，淀粉可以提高线材的结晶温度和结晶率。这意味着复合材料的熔融强度和凝固率高于纯PCL，使其在打印过程中更容易打印，强度更高。

抗菌添加剂

在成功制造出一种物理性能高于PCL的新型复合线材后，团队将目光转向了功能性。他们希望能更进一步，所以他们在复合线材混合物中添加了两种有机抗菌剂--铵-73和PHMB。

使用该复合线材3D打印了不同浓度的有机制剂的抗菌样品，并将其放置在培养皿中，培养出大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。正如预期的那样，培养皿的抑制区（细菌零生长区域）随着抗菌剂浓度的提高而扩大。由于线材的打印温度较低，有机制剂在整个打印过程中没有变性，并保持活性。这一结果验证了研究者的低温复合线材的生产和功能化的方法，使其具有抗菌性能。

抗菌样品的抑制区，图片来源：BUCT。

该研究的更多细节可以在题为 "Polycaprolactone/polysaccharide functional composites for low-temperature fused deposition modelling"的论文中找到。该论文由Yu-Qing Zhao, Ji-Hao Yang, Xiaokang Ding, Xuejia Ding, Shun Duan, and Fu-Jian Xu.共同撰写。


编译自：3dprintingindustry