3D列印新聚合物油墨擴展技術的發展

由研究人員提供的可列印結構在印刷平台上剝離後摺疊起來的圖片

【據materialstoday網站10月2日報道】隨著3D列印逐步成為主流技術，工業界和學術界的研究人員一直在研究可印刷的結構，這種結構可以在加熱或浸入水時摺疊成有用的三維形狀。麻省理工學院（MIT）計算機科學和人工智慧實驗室的研究團隊（CSAIL）在《應用材料和界面》中展示一項新的研究：可列印的結構只要剝離印刷平台就會開始摺疊起來。

研究人員說，那些沒有任何外界刺激的自摺疊裝置的最大優點之一是可以用更廣泛的材料和更精細的結構進行製造。

「如果你想添加印刷電子，你通常會使用到一些有機材料，因為大多數印刷電子依賴於他們。」電氣工程和計算機科學論文的第一作者，麻省理工的研究生Subramanian Sundaram解釋說。「這些材料對水分和溫度非常敏感。所以，如果你有這些電子產品和零件並且想摺疊它們，你就不能把它們泡在水裡或加熱它們，因為那樣你的電子產品會退化。」

為了驗證這個想法，研究人員建造了一個包括電引線和聚合物像素的自摺疊印刷設備原型。當電壓施加到透明時，它會從透明變為不透明。Sundaram和他的同事們今年早些時候宣布「列印金甲蟲」的裝置，開始看起來有點像字母「H」。但H的每一條腿都在不同的方向摺疊，形成一個桌面形狀。

研究人員還建造了幾個不同版本相同的基本鉸鏈設計，表明他們可以控制一個關節摺疊的精確角度。在測試中，他們用力把鉸鏈固定在一個重物上，但是當重量去掉後，鉸鏈又恢復原來的褶皺。

在短期內，該技術可以定製感測器、顯示器或天線，其功能取決於其3D形狀。長遠來看，研究人員設想可列印的機器人的可能性更大。

Sundaram通過他的顧問Wojciech Matusik（麻省理工學院（EECS）電氣工程和計算機科學副教授）介紹也加入了研究。其他作者包括：Marc Baldo，專門從事有機電子學的副教授；David Kim， Matusik計算技術助理；Ryan Hayward，馬薩諸塞大學艾摩斯特分校高分子科學與工程教授。

研究人員設計的關鍵是設計一個凝固後不尋常的新的印表機墨水材料。大多數印表機墨水材料在固化時會有輕微的收縮，這是一種技術限制，設計人員經常不得不為此工作。

印刷設備是分層的；在他們的原型中，麻省理工學院的研究人員將其膨脹的材料沉積在頂部或底部幾層的精確的位置。底層附著在印表機平台上，當層被建立時，粘附足以使設備保持平坦。但是當完成的裝置從平台上脫落時，新材料製成的接頭開始膨脹，使裝置朝相反的方向彎曲。

像許多技術上的突破一樣，CSAIL研究人員的發現這個材料是一個意外。由Matusik計算製作組使用印表機的材料是不同的聚合物的組合；混合這些成分是創建具有特殊的物理性能印表機墨水的方法之一。

研究人員在試圖開發一種油墨，產生更多的柔性印刷部件的同時無意中發現了一個略有擴大的硬化。他們立刻意識到了擴大聚合物的潛在用途並開始試驗混合物的改進，直到他們達成一個配方，讓他們建立足夠擴大的接縫，將印刷設備對摺。

Hayward對本文的貢獻是幫助團隊解釋材料的膨脹。生產最有力的擴張包括由單體丙烯酸異辛酯生成的幾個長的聚合物和一個更短的聚合物油墨。當油墨的一層暴露於紫外光或「固化」時，通常用於三維印刷的材料硬化為液態的材料，這些長的聚合物相互連接，形成一個剛性的纏結分子叢。

當材料的另一層第一次沉積時，丙烯酸異辛酯的小鏈在頂層，液層下沉的較低，更多的是剛性層。它們與較長的聚合物相互作用產生一種膨脹力，這種力與印刷平台的附著力暫時相抵抗。

研究人員希望對材料膨脹的原因有一個更好的理論理解，這將有助於他們設計出適合特定應用的材料，包括能夠抵抗固化後許多印刷聚合物典型的1 - 3%收縮材料。

文章來自materialstoday，原文題目為 New polymer ink expands possibilities of 3D printing，由材料科技在線匯總整理。

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