新型有机硅3D打印为各项应用打开新渠道

新型有机硅3D打印为各项应用打开新渠道

2020-10-07 11:09:16 30

随着美国科学家最新研究的完成,软设备的制造正在进一步发展。作者将结果发表在《3D可打印坚韧的有机硅双分子网络》上,作者解释了如何以微米级分辨率制造软材料,以用于机器人等复杂系统以及新型可穿戴设备。

工业上生产的软材料用于许多应用,其中软物质用于减震,保形要求,能量回收和机器人技术,这些设备必须能够变形。诸如硅橡胶(更正式称为聚(二甲基硅氧烷))等交联材料因其强大的机械性能以及耐高温和耐化学性而广受欢迎。但是,大多数将此类材料与传统技术(例如注塑)一起使用的方法非常有限,仅适合于创建基本几何形状。

先前的研究表明,用于3D打印油墨的液态硅橡胶材料已取得成功,产生了更复杂的形状。但是,由于在固化前缺乏像“塌陷”这样的稳定性,因此在凸出的结构以及“高纵横比结构”的结构方面存在挑战。其他实验技术导致分辨率不足,机械性能较差或打印速度较慢。

在这项研究中,研究人员采用了由硅酮双网络(SilDNs)组成的材料平台,该平台具有较低的弹性模量和强度,这是以前的SLA弹性体所没有的。印刷树脂由两种不同的有机硅组成,其中一种“较弱但可3D打印的有机硅网络使前体陷入困境”以形成更坚固的硅。这不仅使弹性体比以前具有更高的机械强度,而且该材料还可以与多种基材(包括热塑性塑料,热固性材料,陶瓷和金属)粘合,从而开辟了新的应用范围。

3D打印机

3D打印双网络有机硅(SilDNs)。

研究人员说:“在打印软机器人和生物医学设备时,低模量,高韧性和高抗撕裂性是理想的。” “与其他3D打印过程可以赋予各向异性或改变性能的材料不同,SilDNs可以具有类似的特性,而与打印方向或层高无关。这些发现表明,缩合网络跨印刷层交联。”

由于在医学和外科手术模拟等应用中需要软结构,因此研究人员创建了一个空心的合成心脏模型,旨在尽可能接近地模仿婴儿心脏和心脏组织。该材料具有很高的抗撕裂强度,这对于医疗专业人员进行注射,切开和缝合均至关重要。

3D打印机

SilDNs的机械性能

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SilDN的印刷后粘合。

对于诸如软致动器和传感器之类的设备,必须具有良好的弹性体-纺织品粘合性,以提高抗撕裂性,并具有连接至典型纺织品(如可拉伸织物)的能力。可穿戴设备必须能够承受磨损和“穿戴和落纱周期”。

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SilDN的集成,适用于可穿戴和软机器人应用。

最终,作者推荐使用SilDN框架来提高速度和机械性能。但是,添加其他化学物质(例如光潜催化剂)可能有助于更好地控制冷凝。除此之外,网络还可以受益于更大的刚度和强度。

研究人员说:“ SilDN也可以从其他缩合网络中产生,包括具有先进功能(例如自我修复行为)的缩合网络,以实现设备性能。”

使用蓝光LED投影仪在Ember SLA 3D打印机上进行3D打印,并用刮水片组件进行了改进,以实现更好的打印效果。他们还添加了一个染料系列以改善Z轴分辨率,然后在后印刷中用SilcPigs颜料喷涂手术模拟器。

如今,有机硅已在各种研究项目和应用中使用,从4D可拉伸织物到具有形状记忆行为的超材料的直接墨水书写,以及用于创建传感器的应用。


标签: 3D打印