研究人員使用微流體液滴系統調整3D打印柔性材料
魔猴君 行業資訊 1593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的流體。顯然，當處理亞毫米級的流體時，精確處理至關重要。加利福尼亞大學戴維斯分校（UC Davis）的工程師團隊已在《美國國家科學院院刊》上發表了一篇研究論文。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調制擠出油墨的方法，”抽象說。 “我們的方法代表了適應微流體技術和開發下一代增材制造技術原理的持續趨勢。”
基于擠出的打印既經濟又高效，但是很難用多種材料制成具有最佳柔軟度的組件。加州大學戴維斯分校化學工程助理教授萬建迪意識到，典型的3D打印機噴嘴與學生在他的實驗室中研究的玻璃毛細管微流體設備沒有什么不同，玻璃毛細管微流體設備具有相互放置的多個噴嘴。“大多數基于擠壓的3D打印機使用非常簡單的噴嘴，并且由于我們已經開發了這些玻璃微流體技術，我們認為，'為什么不將其應用于3D打印？”
使用水包式PDMS 3D打印空心管
Wan與Rochester大學的Hing Jii Mea和羅切斯特大學的Luis Delgadillo共同創建了一種裝置，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的有機硅中，基有機聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）。該設備使用多相滴注系統產生小的PEGDA液滴。在這種情況下，PDMS在滴頭周圍流動，而PEGDA液滴被均勻地引入到有機硅基聚合物中。這樣，兩種材料將一起流到3D打印的任何結構上。
該系統實際上使調整3D打印結構的靈活性成為可能，這在諸如可穿戴技術，組織工程，軟機器人和生物打印等應用中可能非常有益。微小的PEGDA液滴被PDMS材料包圍，一旦PEGDA擴散出去，PDMS就會化學軟化-從而產生更靈活的結構。
3D打印PDMS中的鐵磁流體
Wan解釋說：“您還可以將其他化學物質封裝在液滴中，以使整個基質更加柔軟或更硬。”在他們的研究中，研究人員發現PEGDA液滴顯著改變了“局部PDMS化學”，報告了3D打印的構造物的彈性模量降低了85％。他們還確定可以通過改變液滴的流速和大小來調整結構的柔韌性，并且他們新的基于液滴的系統還可以制造出多孔的柔性組件。他們實際上可以就地改變“液滴的空間分布”，以操縱機械特性，包括“含水和液態金屬液滴”。他們在論文中寫道：“此外，我們通過分散鐵磁流體液滴在PDMS中賦予了磁性功能，并合理設計和打印了基本的磁響應軟機器人執行器，以此作為基于液滴的策略的功能演示。”
帶齒的磁驅動軟抓手臂，固定在硅橡膠管上。
由于該系統使操作材料的靈活性變得非常容易，因此在3D打印微流體設備方面，研究人員可以享受更多選擇。Wan表示：“我認為這將打開一個新的研究領域，因為將成熟的微流體技術應用于3D打印代表了新的發展方向。”
用新技術印刷該立方體，該新技術允許將不同材料的液滴嵌入結構中。這些液滴可用于使3D打印結構具有柔韌性或賦予其其他屬性。 （圖片由加州大學戴維斯分校萬建迪提供）
加州大學戴維斯分校的研究小組認為，這是使用這種“基于液滴的多相乳液”的首創，并且正在積極研究他們可以在新系統中使用哪些其他材料組合來操縱3D打印產品的化學和機械性能。
