供稿人:隨雨濃 魯中良 發(fā)布日期：2018-09-22
美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的Rauzan（第一作者）團(tuán)隊(duì)研究使用無顆粒乳液替代聚合物基凝膠進(jìn)行3D打印。這種乳液中的分散相起到了類似顆粒的支持作用，可以承受靜態(tài)載荷（如圖1 b所示）。不同于含有納米顆粒的膠體，乳化液滴能夠自由變形以適應(yīng)打印頭尖端的形狀，從而使打印順利進(jìn)行。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種無顆粒乳液擁有較高的延展性，可以在擠出過程中穩(wěn)定出絲，從而改善打印效果。
Rauzan團(tuán)隊(duì)使用聚合物添加劑聚環(huán)氧乙烷（PEO）制造無顆粒硅油水包油乳液以形成彈性體結(jié)構(gòu)。在使用此乳液進(jìn)行3D打印后，進(jìn)行化學(xué)和熱退火處理以制備彈性體，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)使用這種方式制備的彈性體具有新的性能，包括機(jī)械屈曲和從極端壓縮應(yīng)變恢復(fù)的能力，然而原始的無顆粒乳液并不具備這種性能。
圖1.3D 打印無顆粒乳液
a）不同類型凝膠和乳液擠出直徑與屈服應(yīng)力的關(guān)系 b）用剛果紅染色PEO乳液的明場顯微鏡照片。比例尺：50微米。C）使用若丹明6G 染色的PEO乳液經(jīng)過100微米直徑打印頭以1 毫米每秒的速度打印出來的宏觀熒光蛇形圖案。比例尺：1毫米。d）使用剛果紅染色的PEO乳液經(jīng)過100微米直徑打印頭在1 毫米每秒的速度下打印出來的蛇形圖案。比例尺：50微米。E）使用剛果紅染色的PEO乳液經(jīng)過1微米直徑打印頭在1 毫米每秒的速度下打印出來的蛇形圖案。比例尺：100微米。插圖：使用若丹明6G 染色的PEO乳液經(jīng)過1微米直徑打印頭以1 毫米每秒的速度打印出來的宏觀熒光蛇形圖案。比例尺：1毫米。F）使用剛果紅染色的PEO乳液經(jīng)過1微米直徑打印頭在20毫米每秒的速度下打印出來的線形圖案。比例尺：50微米。
在大多數(shù)的直寫成型3D打印中，只能通過減小打印噴嘴的直徑來減小擠出絲的直徑，不過噴嘴直徑減小的話，即使是直徑為納米數(shù)量級的顆粒，也可能形成大的聚集體并導(dǎo)致尖端堵塞，并且尖端處的材料更容易干燥。Rauzan團(tuán)隊(duì)研究使用無顆粒乳液進(jìn)行3D打印，可以使用直徑1微米的打印頭擠出，不需要摻入顆粒就可以獲得足夠的屈服強(qiáng)度，可以用來制造精細(xì)的3D結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的小直徑細(xì)絲圖案。