研究人員使用微流體液滴系統(tǒng)調(diào)整3D打印柔性材料
魔猴君 行業(yè)資訊 1763天前
顧名思義，微流體是圍繞行為，操縱和控制而被限制在很小范圍內(nèi)的流體。顯然，當處理亞毫米級的流體時，精確處理至關(guān)重要。加利福尼亞大學戴維斯分校（UC Davis）的工程師團隊已在《美國國家科學院院刊》上發(fā)表了一篇研究論文。該論文使用了基于液滴的新型微流體系統(tǒng)3D打印柔性材料。“在這里，我們提出了一種使用液滴夾雜物在印刷點調(diào)制擠出油墨的方法，”抽象說。 “我們的方法代表了適應(yīng)微流體技術(shù)和開發(fā)下一代增材制造技術(shù)原理的持續(xù)趨勢。”
基于擠出的打印既經(jīng)濟又高效，但是很難用多種材料制成具有最佳柔軟度的組件。加州大學戴維斯分校化學工程助理教授萬建迪意識到，典型的3D打印機噴嘴與學生在他的實驗室中研究的玻璃毛細管微流體設(shè)備沒有什么不同，玻璃毛細管微流體設(shè)備具有相互放置的多個噴嘴。“大多數(shù)基于擠壓的3D打印機使用非常簡單的噴嘴，并且由于我們已經(jīng)開發(fā)了這些玻璃微流體技術(shù)，我們認為，'為什么不將其應(yīng)用于3D打印？”
使用水包式PDMS 3D打印空心管
Wan與Rochester大學的Hing Jii Mea和羅切斯特大學的Luis Delgadillo共同創(chuàng)建了一種裝置，該裝置可以將由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）組成的水性溶液的液滴封裝在常見的有機硅中，基有機聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）。該設(shè)備使用多相滴注系統(tǒng)產(chǎn)生小的PEGDA液滴。在這種情況下，PDMS在滴頭周圍流動，而PEGDA液滴被均勻地引入到有機硅基聚合物中。這樣，兩種材料將一起流到3D打印的任何結(jié)構(gòu)上。
該系統(tǒng)實際上使調(diào)整3D打印結(jié)構(gòu)的靈活性成為可能，這在諸如可穿戴技術(shù)，組織工程，軟機器人和生物打印等應(yīng)用中可能非常有益。微小的PEGDA液滴被PDMS材料包圍，一旦PEGDA擴散出去，PDMS就會化學軟化-從而產(chǎn)生更靈活的結(jié)構(gòu)。
3D打印PDMS中的鐵磁流體
Wan解釋說：“您還可以將其他化學物質(zhì)封裝在液滴中，以使整個基質(zhì)更加柔軟或更硬。”在他們的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)PEGDA液滴顯著改變了“局部PDMS化學”，報告了3D打印的構(gòu)造物的彈性模量降低了85％。他們還確定可以通過改變液滴的流速和大小來調(diào)整結(jié)構(gòu)的柔韌性，并且他們新的基于液滴的系統(tǒng)還可以制造出多孔的柔性組件。他們實際上可以就地改變“液滴的空間分布”，以操縱機械特性，包括“含水和液態(tài)金屬液滴”。他們在論文中寫道：“此外，我們通過分散鐵磁流體液滴在PDMS中賦予了磁性功能，并合理設(shè)計和打印了基本的磁響應(yīng)軟機器人執(zhí)行器，以此作為基于液滴的策略的功能演示。”
帶齒的磁驅(qū)動軟抓手臂，固定在硅橡膠管上。
由于該系統(tǒng)使操作材料的靈活性變得非常容易，因此在3D打印微流體設(shè)備方面，研究人員可以享受更多選擇。Wan表示：“我認為這將打開一個新的研究領(lǐng)域，因為將成熟的微流體技術(shù)應(yīng)用于3D打印代表了新的發(fā)展方向。”
用新技術(shù)印刷該立方體，該新技術(shù)允許將不同材料的液滴嵌入結(jié)構(gòu)中。這些液滴可用于使3D打印結(jié)構(gòu)具有柔韌性或賦予其其他屬性。 （圖片由加州大學戴維斯分校萬建迪提供）
加州大學戴維斯分校的研究小組認為，這是使用這種“基于液滴的多相乳液”的首創(chuàng)，并且正在積極研究他們可以在新系統(tǒng)中使用哪些其他材料組合來操縱3D打印產(chǎn)品的化學和機械性能。
