鞋墊與汽車座椅新材料！3D列印技術高強度、超彈性的發泡可調式材料

美國克利夫蘭的凱普西儲大學最近完成了一系列關於可以應用到眾多工業產品中的新型3D列印材料的研發試驗。這個項目是由凱普西儲大學高分子科學與工程學院的Rigoberto Advincula教授以及Qiyi Chen與Pengfei Cao帶領的研發團隊共同完成的。研發團隊利用粘性列印（Viscous Solution Printing, VSP）3D 列印技術來完成。這項技術也稱之為DIW（Driect Ink Writing）技術。

這項技術通過數字3D建模的方式來建立高精準度的複雜結構，同時工程師可以在宏觀和微觀層面來控制材料的孔隙度。而在此次試驗中是使用的聚氨酯這種再平常不過的材料來完成的。利用3D技術，可以將材料結構控制在工程所需要的不同的級別，在材料的孔隙度的控制方面有了顯著提升和質的飛躍。3D列印技術與傳統的成型或鑄造方法相比，對最終的發泡結構設計能實現更高的複雜性。

VSP 3D列印技術利用一個注射頭來擠出一種能粘性墨水材料來建立平台，然後在上面對3D結構進行逐層列印。這種3D列印技術比現有普通的FDM基礎方式要更加先進，因為它可以針對更廣泛的材料進行應用。這包括金屬、水凝膠以及氣凝膠，同時也可以針對陶瓷和熱塑性塑料來進行製作。

在3D列印中使用的墨水一般為觸變性材料，這意味著墨水材料無法平緩地流動，在外部應力下會產生變形。這種墨水是通過簡單的一次成型製造，有納米黏土和二氧化硅兩種納米粒子分散在聚氨酯載體中。

精確地控制油墨的粘稠度、列印噴頭設計、列印參數以及設計3D列印過程，可以對最終的3D列印結構進行精準的高品質控制。熱塑性聚氨酯（TPU）是由層級多孔結構組成，從宏觀角度來說，大尺寸的孔隙是在3D列印的最初階段來製作出來。而到下一步，微觀的小孔是通過在3D列印的後續階段當物體浸入到水中後的分離過程中產生。而其中最小的孔隙是通過化學侵蝕的方式產生的。

通過這種方式製作的TPU泡沫結構的質量非常輕，並且表現出良好的機械強度。同時它還具有良好的彈性，經歷了超過一千次的超過其質量兩萬倍的循環擠壓測試，始終保持良好的魯棒性，非常快速地完全恢復到初始狀態。而同時，這種超彈性泡沫材料的力學性是可以根據其用途來進行調整優化的。同時其絕緣性也可以進行調整。

新型的3D列印材料的問世，必將拓展聚氨酯材料在應用方面的表現，比如鞋墊、汽車座椅、包裝、以及組織工程支架等。同時將這種墨水混合調整後，還可以使其成品達到與聚氨酯性能不同的塑料製品的效果。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！