研究

新方法3D打印混合聚合物产生可适应的微器件

来自以色列、中国和新加坡的科学家开发了一种3D打印水凝胶到其他聚合物中的新方法,以创建复杂的混合微结构。

利用定制DLP 3D打印机和水溶性光引发剂,该团队能够在超强的PEGDA和其他UV可固化树脂之间诱导共价键合。最终,研究人员的方法允许它们创造几种独特的微型器件,例如可延展的药物释放支架和具有潜在多功能机器人应用的软致动器。

研究人员使用他们的新方法能够3D打印软导电电子产品(如图)。图片来自《科学进展》杂志。

创建混合聚合物网络

水凝胶基本上是水性的聚合物网络,可以与其他塑料结合使用,以创造具有增强强度的结构,或者完全添加新功能。虽然许多这些混合动力装置在生物医学应用中特别有用,但他们也限于水凝胶 - 橡胶组合,有点限制了它们的多功能性。

另一方面,使用DLP 3D打印,现在可以生产复杂的水凝胶结构,并且科学家最近采用了该技术,可以创建坐的物体,这些物体可以拉伸高达1300%。然而,尽管存在这些发展,但由于现有系统的局限性,该团队发现他们无法将其与许多其他可固化树脂有效粘合水凝胶。

结果,科学家选择开发定制的“自下而上”DLP 3D打印机,其中UV光通过前体涂层玻璃板从构建区域下方投射。在印刷期间,板从侧向侧移动,施加前体,同时在两个聚合物层之间交替,有效地将它们组合成混合结构。

科学家的3D印刷支架(图示)证明能够适应人工血管的大小。图片来自《科学进展》杂志。

3D打印多功能设备

为了测试他们定制的机器的功效,研究人员选择了3D打印一个部分,这个部分被均匀地分为柔韧的PEGDA水凝胶和透明弹性体。产生的物体在材料之间有很强的共价键,该团队能够将其压缩50%而不会导致它们断裂。

然后,通过将三种材料组合成刚性聚合物,PEGDA和商业弹性体,然后将研究人员提升到新型泡沫状结构中。在这种情况下,该团队不仅能够在不剥夺它的情况下伸展部分,而是通过调节水凝胶的混合比和含水量来调整其机械行为。

将他们的研究成果付诸实践后,科学家们利用他们定制的3D打印机制造了一种装载水凝胶的甲基丙烯酸酯心血管支架。使用一种形状记忆聚合物,该团队可以对设备在特定温度下的硬度进行编程,使其在37°C时具有延展性,但在20°C时更坚硬,同时允许它适应不同血管的大小,如果应用在最终使用场景中。

类似地,为了展示其方法的电子应用,研究人员3D在基于水凝胶的应变传感器内印刷了一种气动致动器。软机器人器械被证明是高度伸展的,其新颖功能可能为将来建造的更复杂的导电混合动力装置铺平道路。

生长多重竞争

近年来,多材料3D打印零件在开辟新的添加剂应用方面的潜力导致了几种新型机器的诞生。

自动化公司InfoTech.例如,已经与粘合剂制造商合作德罗开发A.新的多材料桌面3D打印机。基于该公司的IP-500桌面分配器,这台机器使用了一个多头系统,可以同时分配器多种液体树脂。

在类似的徒劳的,来自日本的科学家为基础横滨国立大学(YNU)设计了一个新型多材料SLA 3D打印方法。该团队的系统悬浮在液滴状态下的树脂,使其更有效地生产多色部分,其包含较少的空隙。

在其他地方,研究人员马丁·路德大学哈勒 - 维滕伯格(MLU)已组合挤出和基于喷墨的技术来开发新型混合3D打印过程。新方法还产生了药物递送装置,能够在生产阶段加载有活性医疗成分。

研究人员的调查结果在题为“3D印染高耐紫外线固化聚合物的高伸缩水凝胶,由葛琪、陈哲、程健翔、张彪、张元芳、李洪耕、何湘南、袁超、刘吉、Shlomo Magdassi和曲绍兴共同撰写。

协作研究是由此进行的南方科技大学浙江大学西北工业大学新加坡理工大学设计湖南大学希伯来大学耶路撒冷大学

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特色图像显示了研究人员3D印刷混合结构之一的各向同性图片。图片来自《科学进展》杂志。

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