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至东华大学研究出突破性3d打印热固性材料技术

发布时间:2021-10-10

东华大学研究出突破性3d打印热固性材料技术

近日,东华大学纤维材料改性重点国家实验室游正伟教授团队在3D打印热固性材料领域获得重要进展,相干成果以《1种3D打印热固性材料的通用策略及其多样化利用》(A general strategy of 3D printing thermosets fordiverse applications)和《3D打印1体定制弹性可延续的面向可穿着电子装备的磨擦1直被视为电商领域的新贵纳米发机电》(A Single Integrated 3D‐Printing Process Customizes Elastic and Sustainable Triboelectric Nanogenerators for Wearable Electronics)为题,分别发表于材料学领域著名期刊《Materials Horizons》和《Advanced Functional Materials》。

盐粒+热固性材料预聚物=3D“复合打印墨水”

3D打印技术是最近几年来新兴的先进加工手使油缸回落;段,因其可快速高效地制造精细复杂的立体结构,方便日前个性化定制等特点,在诸多领域均展现出良好的利用前景。

热固性材料具有出色的力学性能、热稳定性和耐化学性,被广泛地利用于航空航天、汽车、船舶和能源等各种产便可读取数值业中,但是大多数热固性材料特别是非光固化1类材料的成型都需要1个较长的交联进程,难以匹配3D打印连续化的制造方式。

如何让前沿3D技术成功驾驭热固性材料,在拓展可3D打印材料种类的同时又增加热固性材料的设计和加工自由度?

对此,游正伟教授团队提出了1种新颖的策略,他们奇妙地将盐粒和热固性材料预聚物结合为可3D打印的“复合墨水”,盐粒在3D打印进程中起到增稠剂的作用,保证顺利打印成型;同时在热固化进程中,盐粒又起到增强剂的作用,实现打印的3维立体结构在高温高真空交联进程中保形。

在打印进程中盐粒固化成型后,盐粒可以方便地被水溶消除去,从而又作为致孔剂取得了多孔的结构。该策略具有良好的通用性,可以实现多种热固性材料例如交联聚酯、聚氨酯、环氧树脂的直接挤出式3D打印,打印出来的结构还具有常规3D打印难以取得的微孔。

灵感源自土木工程中经常使用的混凝土材料

生活中最多见的食盐居然有如此妙用,《1种3D打印热固性材料的通用策略及其多样化利用》第1作者东华大学博士生雷东介绍说,加入食盐的灵感来源于土木工程中经常使用的混凝土材料,水泥混入1定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支持结构,提高抗压强度。

从灵感产生到利用于实验,雷东说,课题组成员没少花工夫,对食盐粒径大小、复配方式及比例、打印温度、打印速率等多项参数都进行了反复实验,以求达优化到最好实验效果。

课题组以热固性弹性体为例,展开了相干利用研究。利用打印弹性体对溶剂的大尺寸溶胀效应和微孔结构高效吸附与解吸作用,构建了可反复循环响应的气体传感器。

利用3D打印个性化定制的优势构建了梯度化结构的柔性溶剂驱动器,可对溶剂即时响应并产生大尺度的形变,在软体机器人等领域具有潜伏的利用前景。

另外课题组和上海交通大学附属瑞金医院的赵强教授和叶晓峰副主任医师团队合作,证实采取该技术所打印热固性的3维多孔支架具有良好的力学强度、弹性和耐疲劳性,可作为心肌补片而有效医治大鼠心肌梗塞模型。