| 2018年4月17日, 从外媒获悉, 克利夫兰开普西储大学的一个研究小组最近研究了一组有趣的 3D打印 新材料, 这些材料可能有很多有用的应用. 该项目是由Rigoberto Advincula教授与高分子科学与工程系的Qiqi Chen和Peng-Fei Cao共同完成的. 他们的工作在一篇名为 ' 'Mechanically Robust, Ultraelastic Hierarchical Foam with Tunable Properties via 3D Printing' 的论文中详细介绍, 发表在Advanced Functional Materials杂志上. 该团队使用粘性溶液印刷 (VSP) 3D打印技术 (也称为墨水直写 (DIW) ) 制造超弹性泡沫.  使用数字3D模型的直接打印功能可以高精度地生成复杂的结构, 使工程师能够在微观和宏观尺度上对孔隙度进行大量控制. 该研究使用聚氨酯, 一种常见的塑料材料进行. 3D打印可以使材料的结构在不同的层面上得到控制, 从而使其具有多孔性, 从而显著改善所需性能. 与模制或铸造方法相比, 3D打印在泡沫的最终结构方面提供了更高水平的复杂性. VSP 3D打印技术利用注射器, 将粘性油墨材料挤出到构建板上, 设置就位, 以便逐层创建3D结构. 这种3D打印技术比常规的FDM挤出方法具有优势, 因为它可以用更多种类的材料进行打印. 这些包括金属, 水凝胶和气凝胶, 以及陶瓷和热塑性塑料. 在3D打印技术中使用的油墨是触变性材料, 这意味着它不流畅并且在外部应力下可变形. 这些油墨通过简单的一锅法制备, 其中将二重纳米颗粒 (纳米粘土和二氧化硅纳米颗粒) 分散在聚氨酯悬浮液中. 精确控制油墨的粘度, 以及注射器的设计, 打印参数和3D设计本身, 都可以对最终3D打印结构进行高度控制. 热塑性聚氨酯 (TPU) 是用分级多孔结构制造的. 在宏观尺度上, 通过将它们放置在最初的3D设计中, 在结构中制造更大尺寸的孔. 在下一级时, 当物体浸入水中时, 通过印后相分离过程产生大的微孔. 通过化学蚀刻产生最小的微孔. 得到的TPU泡沫结构重量轻, 并且表现出良好的机械强度. 他们还拥有前所未有的弹性, 超过1000次的压缩循环, 以及卓越的坚固性, 在超过其自身重量20, 000倍的负载之后迅速完全恢复. 超弹性泡沫的机械性能可以根据它们用于的应用进行调整. 他们的导电性能也是如此, 作为演示, 将由泡沫制成的小海绵浸入碳纳米管 (CNT) 在水中的溶液中. 由于van de Waal的强大力量, 碳纳米管紧紧抓住TPU泡沫的表面. 干燥后, 将泡沫贴在电路板上并用作高灵敏的电阻式电阻率传感器. 这实际上是一个弹性电源开关, 可以将其压缩以打开或关闭电路. 除了柔性电子设备外, 这种可打印的3D可打印TPU泡沫还可用于改进聚氨酯的许多其他现有应用, 包括鞋类 (如New Balance的3D印刷教练机) 汽车座椅, 包装和组织工程脚手架. 油墨混合物也可以改变, 以获得与聚氨酯以外的塑料类似的效果. |
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