Science Advances | 神奇墨水將2D打印變換為3D和4D打印

來源：SunP Biotech

韓國UNIST Jiyun Kim與首爾大學Sunghoon Kwon等在Science Advances上發(fā)表題為“Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings”的文章。

摘要：2D繪圖是一種允許簡單，廉價且直觀的二維（2D）制造的方法。為了將鋼筆繪制的這些優(yōu)點集成到制造3D對象，研究者開發(fā)了可以將鋼筆繪制的2D前體直接轉換為3D幾何形狀的技術。當將筆浸入單體水溶液中時，通過表面張力驅動的毛細管剝離和干燥的墨膜浮起，可以促進筆圖的2D到3D轉換。對2D前體的浮動和錨固部分的選擇性控制使2D工程圖可以轉換為設計的3D結構。然后可以使用表面引發(fā)的聚合反應通過結構加固來固定變換后的3D幾何形狀。通過將簡單的筆畫2D結構轉換為復雜的3D結構。

打印原理：這種方法基于一種形狀變形機制，該機制依賴于表面張力驅動的選擇性油墨剝離和干墨膜浮起，被稱為表面張力輔助轉化（STAT）（圖1C）。包含PVB樹脂的干擦標記筆墨水在干燥后形成疏水性薄膜。當浸入水溶液中時，PVB薄膜會在溶液滲透到由毛細力驅動的薄膜與基材界面的過程中從基材上脫落。然后，由于表面張力，分離的PVB膜浮在溶液表面上（圖1C）。為了將其應用擴展到2D到3D轉換技術，研究者首先引入了薄膜的選擇性剝離和浮動，以將2D繪圖轉換為3D結構。由于剝離的發(fā)生取決于薄膜與基材之間的粘合力，因此我們通過控制油墨組成來開發(fā)出兩種具有不同粘合力的油墨。通過這種方式，可以通過有選擇地確定圖形的浮動部分和錨定部分來進行2D到3D轉換的可編程設計。在筆繪圖根據(jù)水位從2D轉換為3D之后，PVB膜的3D結構被固定，并通過表面催化引發(fā)的自由基聚合（SCIRP）（一種聚合物涂覆工藝）得到了進一步增強。即使從溶液中移除后，它也允許變換后的3D對象保留其結構。結果，初始前體會根據(jù)水位而變形，并可以通過使用包含過硫酸鉀（KPS）的單體溶液通過SCIRP進行進一步固定（圖1D）。

△基于筆的4D打印可以將2D筆繪圖簡單地轉換為3D結構

△2D筆圖可以根據(jù)水位高度轉換為復雜的3D結構

△通過SCIRP對轉換后的3D形狀進行結構加固

△基于筆的4D打印實現(xiàn)了“隨處可見的3D打印”和R2R 3D制造

參考文獻
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