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 1751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(dāng)處理亞毫米級(jí)的流體時(shí)，精確處理至關(guān)重要。加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校（UC Davis）的工程師團(tuán)隊(duì)已在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)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(diǎn)調(diào)制擠出油墨的方法，”抽象說(shuō)。 “我們的方法代表了適應(yīng)微流體技術(shù)和開(kāi)發(fā)下一代增材制造技術(shù)原理的持續(xù)趨勢(shì)。”
基于擠出的打印既經(jīng)濟(jì)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(xué)戴維斯分校化學(xué)工程助理教授萬(wàn)建迪意識(shí)到，典型的3D打印機(jī)噴嘴與學(xué)生在他的實(shí)驗(yàn)室中研究的玻璃毛細(xì)管微流體設(shè)備沒(méi)有什么不同，玻璃毛細(xì)管微流體設(shè)備具有相互放置的多個(gè)噴嘴。“大多數(shù)基于擠壓的3D打印機(jī)使用非常簡(jiǎn)單的噴嘴，并且由于我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了這些玻璃微流體技術(shù)，我們認(rèn)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(xué)的Hing Jii Mea和羅切斯特大學(xué)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(jiàn)的有機(jī)硅中，基有機(jī)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(dòng)，而PEGDA液滴被均勻地引入到有機(jī)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(shí)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(jī)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(kuò)散出去，PDMS就會(huì)化學(xué)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(shuō)：“您還可以將其他化學(xué)物質(zhì)封裝在液滴中，以使整個(gè)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(xué)”，報(bào)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(guò)改變液滴的流速和大小來(lái)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(shí)際上可以就地改變“液滴的空間分布”，以操縱機(jī)械特性，包括“含水和液態(tài)金屬液滴”。他們?cè)谡撐闹袑懙溃骸按送猓覀兺ㄟ^(guò)分散鐵磁流體液滴在PDMS中賦予了磁性功能，并合理設(shè)計(jì)和打印了基本的磁響應(yīng)軟機(jī)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(dòng)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(rèn)為這將打開(kāi)一個(gè)新的研究領(lǐng)域，因?yàn)閷⒊墒斓奈⒘黧w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(xué)戴維斯分校萬(wàn)建迪提供）
加州大學(xué)戴維斯分校的研究小組認(rèn)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(lái)操縱3D打印產(chǎn)品的化學(xué)和機(jī)械性能。
