中國科大提出熱固性材料新型3D打印方法

來源：中國科學報

中國科學技術大學工程科學學院機器人與智能裝備所副教授李木軍、近代力學系特任教授王柳與南加州大學教授Yong Chen合作，提出了一種原位雙重加熱(ISDH)策略，成功實現(xiàn)了對具有多種流變性質和功能特性的熱固性材料的墨水直寫(DIW)打印。相關研究成果日前發(fā)表于《自然-通訊》。

△原位雙重加熱（ISDH）打印熱固性材料示意圖 中國科大供圖

熱固性材料在交聯(lián)后形成三維空間網(wǎng)絡結構，具有非常優(yōu)異的力學性能和穩(wěn)定性。近年來，熱固性材料在軟體機器人和柔性電子等領域扮演著愈發(fā)重要的角色。新型軟體機器人對復雜結構與功能性提出了更高的需求，面向其開發(fā)一種簡單、普適、廉價的熱固性材料制造方法具有重要的意義。然而，熱固性材料的3D打印仍然存在諸多限制，如固化原理、材料的流變性和成型效率等。

此次工作中，研究人員提出通過鄰接層快速加熱和焦耳加熱器加熱的雙重加熱方式，使得代表性的熱固性材料Sylgard 184最快可以在2s內固化，從而成功實現(xiàn)了未經(jīng)改性的低粘度Sylgard 184的直接3D打印，打印結構與模具鑄造結構的力學性能類似。通過采用不同直徑的噴頭，該方法的尺寸可擴展性得到了驗證，實現(xiàn)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質的熱固性材料的ISDH打印，這些材料具有跨越五個數(shù)量級的動態(tài)粘度變化，包括牛頓流體、剪切變稀流體和屈服應力流體等。

該工作還展示了ISDH打印豐富的功能性，包括打印多材料異質結構，以及不同釹鐵硼含量的磁響應柔性結構（如柔性血管支架）等。通過與“拾取-貼裝”工藝結合，ISDH打印還可以制造柔性電子設備。這些結果表明，ISDH打印在新興的軟體機器人、柔性電子等領域有著廣闊的應用空間。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-35929-y