最新Science：高精度3D打印有机硅！

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

有机硅弹性体具有优良的生物相容性，因此可以被广泛应用于人体嵌入式传感器和生物医用材料上。由于生物器官在形态上具备复杂的拓扑结构，这就导致应用于生物医用的有机硅材料也具备相应复杂的三维结构，而3D打印技术是解决这一问题的高效方法。现阶段，有机硅材料的3D打印技术还难以实现复杂结构的高精度打印，因为有机硅与弹性体在液态下与支撑材料之间的高界面张力导致流体的成型过程中的不稳定性，进而导致材料质量上的不足。已经有部分文章报道了解决这一问题的方法。比如通过使用在平移印刷喷嘴周围流动的嵌入支撑材料，同时将沉积的油墨捕获在空间中，为印刷结构提供稳定性，或者用添加剂改性有机硅油墨可以稳定3D打印结构。这些方法无疑都增加了有机硅3D打印过程的复杂程度。

近期，美国弗罗里达大学的Thomas E Angelini团队开发了一种由PDMS为基材的3D打印精确、复杂细节结构的方法。该方法主要采用一种由硅油乳液制成的支撑材料。这种材料对有机硅油墨的界面张力可以忽略不计，消除了经常导致印刷有机硅特征变形和断裂的破坏性力量。这种方法在文中被称为为超低界面张力的增材制造（AMULIT）。这种方法的多功能性使得能够使用成熟的有机硅配方来制造直径小至8微米的复杂结构和特征。通过调整这种支撑材料的弹性和流动特性实现了高性能印刷，这使我们能够制造复杂的形状，例如脑动脉瘤模型和功能性三叶心脏瓣膜。通过使用几种不同的市售PDMS配方来打印各种结构，证明了AMULIT技术不需要专门的油墨。在深入的研究后，发现使用AMULIT生产的3D打印结构比模制结构更具可扩展性并且机械性能良好。该工作以题为“A silicone-based support material eliminates interfacialinstabilities in 3D silicone printing”的文章发表于Science上。

AMULIT技术实现复杂的器件制造

AMULIT技术的支撑材料为以硅油为连续相的反乳液，通过改变支撑材料中水滴堆积分数φ和平均液滴半径a，以确定乳液的流变特性及其作为印刷支持介质的相应性能。a 会强烈影响打印特征粗糙度，因为在超低界面张力条件下，材料界面不会自发变平。因此，文中配制了小乳液液滴，并根据乳液的流变特性选择了φ。为了测试界面张力在嵌入式3D打印中的作用，将AMULIT支撑介质的性能与全水支撑介质的性能进行了比较。通过检查3D荧光图像，我们发现打印的有机硅特征在水载体内破裂并形成球形液滴。当液体油墨被打印到填充的颗粒载体介质中时，最小的稳定特征的直径由d最小≈ 2γ/σy，其中γ是油墨和支撑介质之间的界面张力。对于水性介质，γ = 25 mN/m，因此 d最小为≈5 mm，是印刷特征50μm直径的100倍。相比之下，印在AMULIT支撑材料上的100μm直径硅胶特征保持不变，表明γ /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端