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深圳先进院等在3D打印功能梯度数字材料研究中取得进展

发布时间:2019-06-06 18:09 来源:未知 编辑:admin

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  深圳先辈院等在3D打印功能梯度数字材料研究中取得进展

  深圳先辈院等在3D打印功能梯度数字材料研究中取得进展

  2019年05月21日 09:12

  中国科学院网站

  原题目:深圳先辈院等在3D打印功能梯度数字材料研究中取得进展

  近日,中国科学院深圳先辈手艺研究院纳米调控与生物力学研究室副研究员丁振与中科院院士、北京大学传授方岱宁,美国佐治亚理工学院传授齐航等合作,初次通过一种新型双固化材料系统与灰度数字光处置相连系的体例,获得了机能可大幅度调控的3D打印梯度数字材料。该项研究功效以Grayscale digital light processing 3D printing for highly functionally graded materials 为题颁发在Science Advances上(Sci. Adv. 2019;5: eaav5790)。

  3D打印作为一种改革性手艺,在快速原型制造、生物医用和组织工程、电子器件、软体机械人以及超材料制备等范畴获得普遍使用,然而也反面临着诸多挑战,出格是当前的一些3D打印手艺根基上只能进行单材料打印。天然界及工程中的很多布局是由机能分歧的多材料构成(好比鱼鳞和腱骨毗连),单材料打印极大地限制了部件在功能和机能上的表示。因此,人们正在积极进行多材料打印的测验考试,但在打印分辩率、界面连系力、复杂外形切确成型等方面具有缺陷,对于多材料打印也缺乏无效的力学梯度调控。

  为处理上述问题,丁振等进一步成长了保守的数字光处置(digital light processing)3D打印手艺,在打印材料、打印体例、成型机理等方面都作了严重改良(如图1所示)。3D打印聚合物的分子链上除了光敏部门还包含热敏链段;灰度数字光处置能够切确调控每一个像素聚合物的交联程度,进而可调控每一个像素材料的热机械机能;而随后的热固化进一步将这种机能差距扩大。最终每一个像素点的材料弹性模量可从约1 MPa到1 GPa范畴内调控,玻璃化改变温度也可逾越60oC。该研究进一步展现了灰度数字光处置3D打印梯度材料与布局的一系列使用,包罗梯度超材料(图2)、有序变形外形回忆材料与4D打印、以及扩散辅助着色与加密等。

  该研究具有树脂兼容性很是高(树脂品种和粘度范畴广)和设备成本低等长处,更推进了体素打印、4D打印手艺的成长,在手术前原型、仿生梯度材料、声学带隙材料、梯度超材料等范畴具有普遍的使用前景。匡晓和吴江涛是该论文的配合第一作者,丁振、方代宁和齐航是该论文的配合通信作者。该研究工作遭到国度天然科学基金面上项目(11872369)等的赞助。

  图1:灰度数字光处置3D打印梯度材料。(a)打印树脂成分和成型道理;(b) 单层曝光(实线)与打印多层曝光(虚线)的反映转化率沿厚度标的目的的模子预测值(G0代表最强光,G100代表全暗的最弱光);(c)凝胶转换率与灰度值的关系(尝试);典型的3D打印数字材料的应力应变曲线(d)与杨氏模量(e);离散(f)与持续梯度灰度(g)材料的弯曲变形(尝试与无限元模仿)。

  图2:灰度数字光处置3D打印梯度超材料的功能性使用。(a)可局部变形的二维栅格布局;(b)负泊松比二维多孔材料;(c,d,e)各向同性的三维栅格布局;(G,J)手术前假肢打印:硬材料仿照骨头、软材料仿照肌肉、空心布局仿照血管,不只能够仿照器官的复杂布局,更能仿照分歧组织的软硬不同。

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