西安交通大學研究人員開發出新型水凝膠3D打印系統

來源:3D打印商情    關鍵詞:3D打印,3D打印技術,3D打印運用,    發布時間:2019-04-01

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據《3D打印商情》了解,在最近發表的論文《具有電容邊緣效應的水凝膠3D打印》中,作者王繼坤、盧同慶、孟陽、孫丹奇、夏玉坤、王鐵軍進一步探討了水凝膠制造技術的應用,并提出了克服當前困難的新辦法。
水凝膠往往是生物3D打印的核心,雖然這些結構也用于許多其他應用,如制造尿布、隱形眼鏡和藥物輸送,但醫學領域更受益于它們在組織工程中的持續使用。水凝膠分為許多不同的類別,如功能性、響應性、雙網絡、堅韌,以及軟傳感器、執行器和離子設備中包含的那些。
作者在論文中非常清楚地說明了這個問題:隨著水凝膠技術的進步,用于創造它們的技術也應該更先進。在這項研究中,他們詳細介紹了一種利用電容器邊緣效應(PLEEC)對液體進行圖案化的新方法,提供了一種他們希望應用于創建全面水凝膠3D打印系統的方法。他們詳細介紹了以下幾個方面的快速原型制作技術:
1、水凝膠支架;
2、溫敏水凝膠復合材料;
3、離子高完整性水凝膠顯示裝置。

PLEEC的原理:非對稱電容器由介電層隔開。
在使用電容邊緣效應(PLEEC)時,可以產生具有許多不同性質的水凝膠,并且還可以通過各種機制和材料進行交聯。
“電容器的不對稱設計使得構建真實的3D物體成為可能,而不僅僅是在兩個電極內部的2D圖案?!毖芯咳藛T表示,“我們建立了基于新方法的3D打印系統,并打印展示了一系列水凝膠結構,包括水凝膠支架,水凝膠復合材料和水凝膠離子器件?!?/span>
基本上,電容器存儲電荷。在此,作者研究并比較了對稱和非對稱電容器——最終目標是在開放空間中產生“捕獲和控制液體”的不對稱形式。他們的水凝膠3D打印系統由七部分組成:
1.機械模塊;
2.PLEEC面板;
3.加液單元;
4.固化平臺;
5.固化裝置;
6.電源;
7.控制模塊。
研究人員使用Arduino Mega 2560 R3來控制系統,由Leadshine DM542控制的三個42步進電機驅動三個滑軌。它們還使用高壓電源(Trek 610E),以1千赫的3000 V電壓供電。
聚合可以通過熱固化、紫外光固化或離子交換固化來實現,并且水凝膠易于圖案化成不同的復合材料。研究人員表示,這種固化方法可以實現“出色的完整性和粘合性”。

采用PLEEC的水凝膠3D打印系統。
“如果使用具有較高介電常數的介電層,或者將設備浸入具有較高電擊穿強度的環境中,我們的打印技術的精度可以進一步提高?!毖芯咳藛T總結道,“如果使用更先進的技術制造更薄的層,激活電壓也可以顯著降低。如果像素尺寸進一步縮小到微米級或更小,這種打印技術有很大的潛力來打印非常復雜和精確的水凝膠結構,如人造組織、軟超材料、軟電子和軟機器人。
3D打印水凝膠在許多研究實驗室中很受歡迎,這使生物3D打印技術繼續刷新高度。目前,水凝膠可用于廣泛的應用。
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