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AFM:利用光固化打印犧牲模具實現(xiàn)水凝膠異質(zhì)結(jié)構的澆筑制造

3D打印前沿
2022
01/03
22:34
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來源:EngineeringForLife

近期,來自University of California的Peter Tseng團隊提出了一種3D打印可調(diào)結(jié)構和功能的可編程水凝膠策略,,該研究通過利用投影式光固化制造高分辨率樹脂模具,,并使用水凝膠進行澆筑和固化,然后犧牲模具以制造出具有定制化的異質(zhì)性多功能水凝膠結(jié)構,。相關論文“Fluidic Infiltrative Assembly of 3D Hydrogel with Heterogeneous Composition and Function”發(fā)表在“Advanced Functional Materials”雜志上,。

水凝膠異質(zhì)結(jié)構的制造過程主要分為兩個部分:(1)利用光敏樹脂進行模具的制造;(2)向制造出的模具中注入水凝膠材料并進行原位光固化,。隨后通過使用溶解劑使模具溶解,,得到具有異質(zhì)性的水凝膠結(jié)構(圖1)。為了確保制造出的樹脂模具正常溶解以及水凝膠結(jié)構的維持,,該研究選用類商業(yè)ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)樹脂打印犧牲模具,,六氟異丙醇(HFIP)作為樹脂溶解劑,同時測試了聚丙烯酰胺(PAAm),、聚(正異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)和海藻酸鈣(Ca-ALG)三種水凝膠的性能,。

圖1 3D水凝膠的流體滲透組裝

在實驗過程中,研究人員通過控制水凝膠溶液澆筑過程中的流速,、澆筑體積,、擴散時間和凝膠化速率對水凝膠結(jié)構進行了定制化構建(圖2)。

圖2 水凝膠成分的可編程流體編碼

為了評估犧牲釋放步驟對水凝膠性能的影響,,研究人員通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和拉伸實驗證實了HFIP對PAAm,、Ca-ALG水凝膠的力學性能無影響,但會增強PNIPAAm水凝膠的熱刺激敏感性(圖3),。

圖3 具有可編程行為異質(zhì)性的水凝膠

最后,,研究人員通過打印多種三維結(jié)構模具進行澆筑,展示了結(jié)構可調(diào)性、材料選擇和幾何約束之間的協(xié)同作用,,并利用該方法實現(xiàn)了功能性多材料結(jié)構(圖4),。

圖4 具有可編程形式和3D功能的水凝膠的滲透組裝

綜上所述,該研究提出了一種集成了犧牲模具與澆筑成型策略相結(jié)合的方法,,該方法可制造出具有異質(zhì)性的水凝膠結(jié)構,。其與眾多光固化聚合物和改性劑兼容,在未來或?qū)⒊蔀榫哂薪咏虺^自然物質(zhì)特性的異質(zhì)結(jié)構制造方法,。

文章來源:https://doi.org/10.1002/adfm.202103288

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