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聚二甲基硅氧烷(PDMS)的3D打印

聚二甲基硅氧烷(PDMS)的3D打印

供稿人:冯帆、贺健康   发布日期:2017-09-25
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3D打印技术经过几十年的发展,其打印工艺原理和所能打印的材料呈现出多样化的发展趋势。其中,通过喷头挤出的直写技术得到了更为广泛的应用。这种技术所采用的打印材料主要是热塑性的聚合物,加热挤出后遇冷凝固成特定的形状,但很难实现弹性聚合物的3D打印,因为它的前驱体在正常情况下是流体。比如PDMS这种材料,其具有精确的复制再现性和稳定的化学性质,被广泛应用于卫生医疗和工业等领域;通常以PDMS为材料的器件一般制作方法都是根据所设计的模具,将一定比例的PDMS预聚体和固化剂倒入模具抽真空加热,整个过程耗时费力。

近日,来自美国、荷兰和英国的一些研究人员在Advanced Materials杂志上发表的一项研究成果中实现了PDMS的3D打印。这些研究人员受到了来自海滩上“沙雕”的启发,利用颗粒间的毛细管桥作用将相邻的颗粒“拉”一起实现三维结构的堆积。图1所示的是打印原理,研究人员通过乳化的方法制备出含有PDMS微珠的水悬浮液,并将其与未交联的PDMS胶混合覆盖在微珠表面;通过喷头挤出施加的外力形成了毛细管桥,这种糊状物可以形成三维立体结构,再通过加热交联形成固态弹性结构。

图1 PDMS打印原理

此外研究人员还探索了不同体积百分比的PDMS流体胶对力学性能的影响,得到了最优的比例范围。通过电镜观察到了不同体积比例的PDMS纤维表面的形貌,发现由于在加热过程中导致的水分的蒸发,纤维呈现出多孔状。

图2 PDMS纤维微观结构

研究人员利用这种方法打印了不同的结构,表现出十分良好的力学性能,并且由于其多孔的结构性能,使得原本疏水的PDMS呈现出某种亲水特性,如图3b所示,PDMS纤维自动包裹在了水珠表面。未来,随着这项技术的不断成熟,有望在软体机器人和刺激响应聚合物材料得到更加广泛的研究和应用。

图3 利用3D打印PDMS实现不同结构

参考文献:

  1. Roh S, Parekh D P, Bharti B, et al. 3D Printing by Multiphase Silicone/Water Capillary Inks[J]. Advanced Materials, 2017.