中国科大提出热固性材料新型3D打印方法

来源：中国科学报

中国科学技术大学工程科学学院机器人与智能装备所副教授李木军、近代力学系特任教授王柳与南加州大学教授Yong Chen合作，提出了一种原位双重加热(ISDH)策略，成功实现了对具有多种流变性质和功能特性的热固性材料的墨水直写(DIW)打印。相关研究成果日前发表于《自然-通讯》。

△原位双重加热（ISDH）打印热固性材料示意图 中国科大供图

热固性材料在交联后形成三维空间网络结构，具有非常优异的力学性能和稳定性。近年来，热固性材料在软体机器人和柔性电子等领域扮演着愈发重要的角色。新型软体机器人对复杂结构与功能性提出了更高的需求，面向其开发一种简单、普适、廉价的热固性材料制造方法具有重要的意义。然而，热固性材料的3D打印仍然存在诸多限制，如固化原理、材料的流变性和成型效率等。

此次工作中，研究人员提出通过邻接层快速加热和焦耳加热器加热的双重加热方式，使得代表性的热固性材料Sylgard 184最快可以在2s内固化，从而成功实现了未经改性的低粘度Sylgard 184的直接3D打印，打印结构与模具铸造结构的力学性能类似。通过采用不同直径的喷头，该方法的尺寸可扩展性得到了验证，实现了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质的热固性材料的ISDH打印，这些材料具有跨越五个数量级的动态粘度变化，包括牛顿流体、剪切变稀流体和屈服应力流体等。

该工作还展示了ISDH打印丰富的功能性，包括打印多材料异质结构，以及不同钕铁硼含量的磁响应柔性结构（如柔性血管支架）等。通过与“拾取-贴装”工艺结合，ISDH打印还可以制造柔性电子设备。这些结果表明，ISDH打印在新兴的软体机器人、柔性电子等领域有着广阔的应用空间。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35929-y