3D打印具有可调特性的坚固超弹性泡沫，可用于鞋类和汽车座椅

时间：2018-04-16 23:39 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

克利夫兰开普西储大学的一个研究小组最近完成了一组有趣的3D打印材料，这些材料可能有很多有用的应用。该项目是由Rigoberto Advincula教授与高琪分子科学与工程系的Qiqi Chen和Peng-Fei Cao共同完成的。他们的工作在一篇名为“机械坚固，具有3D打印可调性能的超弹性等级泡沫”的论文中详细介绍，发表在Advanced Functional Materials杂志上。该团队使用粘性溶液（VSP）3D打印技术（也称为直接墨水书写（DIW））制造超弹性泡沫。

使用数字3D模型的直接打印功能可以高精度地生成复杂的结构，使工程师能够在微观和宏观尺度上对孔隙度进行大量控制。该研究使用聚氨酯，一种常见的塑料材料进行。 3D打印可以使材料的结构在不同的层面上得到控制，使其具有多孔性，从而显着改善所需性能。与模制或铸造方法相比，3D打印在泡沫的最终结构方面提供了更高水平的复杂性。VSP 3D打印技术利用注射器，将粘性油墨材料挤出到构建板上，设置就位，以便逐层创建3D结构。这种3D打印技术比常规的FDM挤出方法具有优势，因为它可以用更多种类的材料进行打印。这些包括金属，水凝胶和气凝胶，以及陶瓷和热塑性塑料。

  在3D打印技术中使用的油墨是触变性材料，这意味着它不流畅并且在外部应力下可变形。这些油墨通过简单的一锅法制备，其中将二重纳米颗粒（纳米粘土和二氧化硅纳米颗粒）分散在聚氨酯悬浮液中。精确控制油墨的粘度，以及注射器的设计，打印参数和3D设计本身，都可以对最终3D打印结构进行高度控制。热塑性聚氨酯（TPU）是用分级多孔结构制造的。在宏观尺度上，通过将它们放置在最初的3D设计中，在结构中制造更大尺寸的孔。在下一级时，当物体浸入水中时，通过印后相分离过程产生大的微孔。通过化学蚀刻产生最小的微孔。
  得到的TPU泡沫结构重量轻，并且表现出良好的机械强度。他们还拥有前所未有的弹性，超过1000次的压缩循环，以及卓越的坚固性，在超过其自身重量20,000倍的负载之后迅速完全恢复。
  超弹性泡沫的机械性能可以根据它们用于的应用进行调整。他们的导电性能也是如此。作为演示，将由泡沫制成的小海绵浸入碳纳米管（CNT）在水中的溶液中。由于van de Waal的强大力量，碳纳米管紧紧抓住TPU泡沫的表面。干燥后，将泡沫贴在电路板上并用作高灵敏的电阻式电阻率传感器。这实际上是一个弹性电源开关，可以将其压缩以打开或关闭电路。

（所有图片：Rigoberto Advincula）

除了柔性电子设备外，这种3D可打印TPU泡沫还可用于改善聚氨酯的许多其他现有应用，包括鞋类（如New Balance）汽车座椅，包装和组织工程脚手架。油墨混合物也可以改变，以获得与聚氨酯以外的塑料类似的效果。

中国3D打印网译自：3ders.org

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