雙組份快速固化硅膠油墨為3D打印打開新大門
2024年12月4日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 的研究人員開發了一種新型3D打印技術，能夠制造出更大、更高、更薄且孔隙率更高的堅固硅膠結構。
該團隊利用了一種雙組分的“快速固化”硅膠基墨水，這種墨水在打印前混合并在室溫下迅速凝固。這種技術允許延長打印時間、簡化制造流程，并確保即使在復雜形狀和配置中，結構也不會發生坍塌或下垂。材料工程部（MED）博士后、論文主要作者Anna Güell Izard表示：“雖然存在其它硅膠直接墨水書寫技術，但我們的方法是最簡單且最可靠的解決方案。無需額外的擔憂，您可以直接進行打印。
讓硅膠打印變得簡單
硅膠是一種多功能聚合物，以柔韌性、彈性和生物相容性而受到青睞，適用于防護材料、生物醫學設備（包括植入物和假肢）、柔性電子產品、軟機器人等多種應用。3D打印，作為一種增材制造技術，通過制造傳統方法無法實現的空心或多孔結構，進一步擴展了硅膠的應用范圍。
直接墨水書寫（DIW）技術，涉及將材料通過噴嘴擠出并逐層選擇性沉積，特別適合于打印高粘度材料，如硅膠。然而，由于硅膠基墨水自支撐能力較差，傳統DIW技術僅限于制造簡單的平面設計，難以實現高大、懸垂或薄壁結構的打印。
為了成功打印，必須確保機器精度、噴嘴質量和墨水特性均達到最佳狀態，同時保持結構在打印和熱固化過程中的穩定性。此外，打印過程需要在墨水開始凝固前完成，這增加了擠出的難度。針對這些挑戰，該團隊開發了新型油墨配方和改進的打印工藝。
研究人員開發的新型硅膠油墨包含催化劑（加速化學反應的物質）和交聯劑（連接分子的化合物）。這些組分在擠出過程中通過在線混合逐漸混合，從而實現結構的粘合。這種技術類似于雙組分環氧樹脂的快速固化（FC）油墨，其中交聯劑和催化劑在擠出前是分開的，確保它們在流經噴嘴時不斷混合。
雙組分環氧樹脂的快速固化（FC）油墨
這種新型硅膠油墨中的化學物質在擠出后迅速凝結并立即固化，消除了對打印時間的限制，并且無需額外步驟硬化或固化材料。
Güell Izard指出：“由于油墨是分開的，您無需擔心打印時間，因為它不會在注射器中凝固。它還更堅固，因為各層在打印過程中會凝結，確保結構不會發生下垂。”
FC配方允許研究人員控制從混合到打印再到固化的整個過程，從而提高自支撐能力并改善形狀保持性。與單組分基線相比，雙組份FC墨水具有相似的流變性（流動特性），并成功打印了兩種常見形狀的木樁，形狀保持性更好，下垂程度減少了約一半。Güell Izard和她的團隊對這些結果感到非常興奮，成功打印出了以前用硅膠難以實現的結構，例如高聳細長的結構、無支撐的銳利懸垂結構和基于殼的晶格結構，如螺旋狀體和立方八面體，孔隙率高達90%。
她表示：“這些美麗的立方八面體和懸垂結構與打印時保持一致，壁面非常堅固，而使用基線墨水打印的結構則會坍塌。這讓我們相信我們發現了一些重要的東西，所有這些神奇的化學物質都在發揮作用。”
未來，研究人員將進一步測試這項技術的極限，并通過調整雙組分系統的參數來精確控制墨水的特性。例如，團隊指出凝膠時間取決于催化劑的量，因此化學物質可能在確定結構的高度和懸垂特征方面扮演關鍵角色。另外，團隊還希望將這一概念擴展到其它材料，用于解鎖更多新的結構可能性。
(責任編輯：admin)
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