Science Advances | 神奇墨水将2D打印变换为3D和4D打印

来源：SunP Biotech

韩国UNIST Jiyun Kim与首尔大学Sunghoon Kwon等在Science Advances上发表题为“Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings”的文章。

摘要：2D绘图是一种允许简单，廉价且直观的二维（2D）制造的方法。为了将钢笔绘制的这些优点集成到制造3D对象，研究者开发了可以将钢笔绘制的2D前体直接转换为3D几何形状的技术。当将笔浸入单体水溶液中时，通过表面张力驱动的毛细管剥离和干燥的墨膜浮起，可以促进笔图的2D到3D转换。对2D前体的浮动和锚固部分的选择性控制使2D工程图可以转换为设计的3D结构。然后可以使用表面引发的聚合反应通过结构加固来固定变换后的3D几何形状。通过将简单的笔画2D结构转换为复杂的3D结构。

打印原理：这种方法基于一种形状变形机制，该机制依赖于表面张力驱动的选择性油墨剥离和干墨膜浮起，被称为表面张力辅助转化（STAT）（图1C）。包含PVB树脂的干擦标记笔墨水在干燥后形成疏水性薄膜。当浸入水溶液中时，PVB薄膜会在溶液渗透到由毛细力驱动的薄膜与基材界面的过程中从基材上脱落。然后，由于表面张力，分离的PVB膜浮在溶液表面上（图1C）。为了将其应用扩展到2D到3D转换技术，研究者首先引入了薄膜的选择性剥离和浮动，以将2D绘图转换为3D结构。由于剥离的发生取决于薄膜与基材之间的粘合力，因此我们通过控制油墨组成来开发出两种具有不同粘合力的油墨。通过这种方式，可以通过有选择地确定图形的浮动部分和锚定部分来进行2D到3D转换的可编程设计。在笔绘图根据水位从2D转换为3D之后，PVB膜的3D结构被固定，并通过表面催化引发的自由基聚合（SCIRP）（一种聚合物涂覆工艺）得到了进一步增强。即使从溶液中移除后，它也允许变换后的3D对象保留其结构。结果，初始前体会根据水位而变形，并可以通过使用包含过硫酸钾（KPS）的单体溶液通过SCIRP进行进一步固定（图1D）。

△基于笔的4D打印可以将2D笔绘图简单地转换为3D结构

△2D笔图可以根据水位高度转换为复杂的3D结构

△通过SCIRP对转换后的3D形状进行结构加固

△基于笔的4D打印实现了“随处可见的3D打印”和R2R 3D制造

参考文献
Seo Woo Song. et al. Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings. Science Advances 24 Mar 2021:Vol. 7, no. 13, eabf3804

DOI: 10.1126/sciadv.abf3804