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具有良好拉伸性,可实现高分辨率3D打印的水凝胶材料

时间:2018-08-19 22:11 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

     水凝胶材料是一种亲水网络的聚合物,其中含有大量水分。水凝胶更多应用在需要承受大的变形的环境中。制造水凝胶产品的常用技术为模塑和铸造,然而这些技术难以制造具有复杂几何形状的水凝胶产品。

      材料科学家们一直在探索水凝胶的3D打印工艺,以便解决目前水凝胶产品制造时存在的不足,但实现高分辨率的水凝胶3D打印是具有难度的。新加坡科技与设计大学(SUTD)和耶路撒冷希伯来大学(HUJI)的研究团队在这方面取得了一些进展。

拉伸性与实现高分辨率3D打印
     新加坡科技与设计大学和耶路撒冷希伯来大学的研究团队开发了一种适合用基于UV 光固化工艺的DLP 3D打印技术进行制造的水凝胶材料, 在软体机器人制造、透明触摸面板制造,柔性电子设备和医疗器械制造中具有应用潜力。

       研究团队自行开发的高效水溶性TPO纳米颗粒作为光引发剂与基于丙烯酰胺-PEGDA(AP)的水凝胶前体混合来制备水凝胶溶液。 TPO纳米粒子使AP水凝胶可UV固化,可作为DLP 3D打印技术的打印材料,制造具有高分辨率和高保真度(高达7μm)的复杂水凝胶3D结构。例如,制造医疗产品和柔性电子器件。

hydrogels for DLP 3D printing

这款水凝胶材料还由一个显著的特点为良好的可拉伸性,研究团队表示,3D打印水凝胶样品可以拉伸超过1300%。

        研究团队还表示,这种水凝胶材料可以与商业3D打印弹性体形成强大的界面粘合,直接用于水凝胶 – 弹性体混合结构的3D打印。该技术的应用方向包括制造柔性电子板,其上印有弹性体基质的导电水凝胶电路。论文“Highly stretchable hydrogels for UV curing based high-resolution multimaterial 3D printing”,发表至Journal of Materials Chemistry B 期刊。

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     水凝胶是优良的生物相容性材料, 该材料其中一个重要应用领域是组织工程。水凝胶的高含水量使得这类材料具有模仿自然组织的灵活性。然而,灵活性也带来了局限性,水凝胶通常强度不够,容易变形,也很难支持如膝盖这样的承重关节,并且由于凝胶的低粘度和胶凝温度范围大,这样的材料难以实现精确的3D打印。

       美国德克萨斯理工大学和德克萨斯农机大学的研究团队曾在这方面进行过研究。研究人员通过添加海藻酸钠将超硬琼脂双网络水凝胶进行精确地打印。海藻酸钠不仅增加打印材料的粘度,同时也提高了其流变特性以及对加工精度的控制。

材料中添加的海藻酸钠使水凝胶材料更据灵活性和强度,使得3D打印水凝胶可以达到类似于人体自然组织的生物材料性能,可用于替代那些遭受运动损伤或其他外伤的承重部位如膝盖软骨,减少关节置换的需要。

(责任编辑:中国3D打印网)

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