3D打印功能梯度多孔材料，制备致密多孔结构

来源：奇遇科技

2023年1月17日，澳大利亚迪肯大学等单位的研究人员在《Small Structures》上发表题为3D Printing Functionally Graded Porous Materialsfor Simultaneous Fabrication of Dense and PorousStructures in Membrane-Integrated Fluidic Devices的研究论文，报道了将灰度DLP（G-DLP）与聚合诱导相分离（PIPS）墨水相结合，实现了单个打印层内分层多孔结构的3D打印。使用这种油墨配方进行致密和多孔材料的空间精度打印，为功能梯度材料（FGM）提供了新的制备方案。

原文链接:https://doi.org/10.1002/sstr.202200314

本文介绍了聚合相分离墨水的灰度数字光投影3D打印，以直接3D打印来自相同墨水配方的单层内的功能梯度多孔结构。该结构在一层内可以同时形成孔隙率为0.8%的物理致密结构和高达23%的多孔结构，同时具有该3D打印技术固有的高空间分辨率。密度从1.01到1.21克的材料在吸湿设备中进行3D打印，并显示出从完全扩散堵塞到4.5 mm h-1的吸湿速率(H2O)。本研究所提出的单步制造功能梯度材料，在生物技术和医疗保健应用的膜或吸附剂等方面具有一定潜力。

研究内容解读  
本研究的创新之处在于，利用G-DLP调节其辐射剂量，以控制聚合时发生相分离的光聚合油墨形成的材料的孔隙度，促进功能梯度多孔材料的形成。重要的是，灰度的像素级控制提供了对单层内多孔域空间分布的控制，提供了对制造部件的材料孔隙度指数、y和z方向的控制，并且不需要额外的后处理步骤。集成这些材料的潜力是通过制造功能集成的流体装置来说明的，该装置结合了在单个制造步骤中同时打印的密集和多孔区域。该装置用于土壤样品中铁的比色测定。预计这种新方法的未来应用将从用于颗粒分离的功能集成设备扩展到用于色谱的集成3D打印设备，以及用于细胞和组织培养和其他生物启发材料的脚手架的功能梯度材料。

图1 灰度DLP3D打印概念。

图2 结构评价：a):在灰度强度(GS-0、GS-45、GS-55、GS-65、GS-75)下，沿正方形块材横截面的SEM图像显示出多孔形态梯度。b):孔径分析:通过对所有灰度的分析计算孔径。c):不同灰度曝光条件下孔隙度和几何密度的变化。

图4 a)设计:本装置由体积为20μl的圆形储液池组成，储液池与4 × 0.5 mm截面、长9mm的矩形条(上)相连，单层显示在LCD屏幕上，带灰度掩模(下)。矩形条的曝光采用GS-75、GS-65、GS-55、GS-45灰度掩模和GS-0全曝光区进行控制。b):使用G-DLP的打印设备显示吸水行为。c)荧光素溶液在时间点通过不同灰度掩模矩形条的抽吸距离。

图5 膜集成流体装置。

图6 接口分析。