供稿人:随雨浓 鲁中良 发布日期：2018-09-22
美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Rauzan（第一作者）团队研究使用无颗粒乳液替代聚合物基凝胶进行3D打印。这种乳液中的分散相起到了类似颗粒的支持作用，可以承受静态载荷（如图1 b所示）。不同于含有纳米颗粒的胶体，乳化液滴能够自由变形以适应打印头尖端的形状，从而使打印顺利进行。该团队认为，这种无颗粒乳液拥有较高的延展性，可以在挤出过程中稳定出丝，从而改善打印效果。
Rauzan团队使用聚合物添加剂聚环氧乙烷（PEO）制造无颗粒硅油水包油乳液以形成弹性体结构。在使用此乳液进行3D打印后，进行化学和热退火处理以制备弹性体，该团队发现使用这种方式制备的弹性体具有新的性能，包括机械屈曲和从极端压缩应变恢复的能力，然而原始的无颗粒乳液并不具备这种性能。
图1.3D 打印无颗粒乳液
a）不同类型凝胶和乳液挤出直径与屈服应力的关系 b）用刚果红染色PEO乳液的明场显微镜照片。比例尺：50微米。C）使用若丹明6G 染色的PEO乳液经过100微米直径打印头以1 毫米每秒的速度打印出来的宏观荧光蛇形图案。比例尺：1毫米。d）使用刚果红染色的PEO乳液经过100微米直径打印头在1 毫米每秒的速度下打印出来的蛇形图案。比例尺：50微米。E）使用刚果红染色的PEO乳液经过1微米直径打印头在1 毫米每秒的速度下打印出来的蛇形图案。比例尺：100微米。插图：使用若丹明6G 染色的PEO乳液经过1微米直径打印头以1 毫米每秒的速度打印出来的宏观荧光蛇形图案。比例尺：1毫米。F）使用刚果红染色的PEO乳液经过1微米直径打印头在20毫米每秒的速度下打印出来的线形图案。比例尺：50微米。
在大多数的直写成型3D打印中，只能通过减小打印喷嘴的直径来减小挤出丝的直径，不过喷嘴直径减小的话，即使是直径为纳米数量级的颗粒，也可能形成大的聚集体并导致尖端堵塞，并且尖端处的材料更容易干燥。Rauzan团队研究使用无颗粒乳液进行3D打印，可以使用直径1微米的打印头挤出，不需要掺入颗粒就可以获得足够的屈服强度，可以用来制造精细的3D结构及复杂的小直径细丝图案。