東華大學材料學院游正偉教授團隊在3D打印熱固性材料領域取得重要進展，相關成果近日發(fā)表于材料學領域著名期刊《Materials Horizons》。

      3D打印技術是近年來新興的先進加工手段，因其可快速高效地制造精細復雜的立體結構，方便個性化定制等特點，在諸多領域均展示出良好的應用前景。熱固性材料具有出色的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐化學性，被廣泛地應用于航空航天、汽車、船舶和能源等各種產業(yè)中，然而大多數熱固性材料尤其是非光固化一類材料的成型都需要一個較長的交聯過程，難以匹配3D打印連續(xù)化的制造方式。

      如何讓前沿3D技術成功駕馭熱固性材料，在拓展可3D打印材料種類的同時又增加熱固性材料的設計和加工自由度？對此，游正偉團隊提出了一種新穎的策略，他們巧妙地將鹽粒和熱固性材料預聚物結合為可3D打印的“復合墨水”，鹽粒在3D打印過程中起到增稠劑的作用，保證順利打印成型；同時在熱固化過程中，鹽粒又起到增強劑的作用，實現打印的三維立體結構在高溫高真空交聯過程中保形；在打印過程中鹽粒固化成型后，鹽?？梢苑奖愕乇凰芙獬?，從而又作為致孔劑獲得了多孔的結構。

游正偉表示，該策略具有良好的通用性，可以實現多種熱固性材料例如交聯聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂的直接擠出式3D打印，打印出來的結構還具有常規(guī)3D打印難以獲得的微孔。

      論文第一作者、東華大學博士生雷東介紹說，加入食鹽的靈感來源于土木工程中常用的混凝土材料，水泥混入一定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支撐結構，提高抗壓強度。從靈感產生到應用于實驗，雷東說,課題組成員沒少花功夫，對食鹽粒徑大小、復配方式及比例、打印溫度、打印速率等多項參數都進行了反復試驗，以求達優(yōu)化到最佳實驗效果。

      據悉，研究人員以熱固性彈性體為例，開展了相關應用研究。利用打印彈性體對溶劑的大尺寸溶脹效應和微孔結構高效吸附與解吸作用，構建了可反復循環(huán)響應的氣體傳感器。利用3D打印個性化定制的優(yōu)勢構建了梯度化結構的柔性溶劑驅動器，可對溶劑即時響應并發(fā)生大尺度的形變，在軟體機器人等領域具有潛在的應用前景。

      同時，該課題組和上海交通大學附屬瑞金醫(yī)院的趙強教授和葉曉峰副主任醫(yī)師團隊合作，證實采用該技術所打印熱固性的三維多孔支架具有良好的力學強度、彈性和耐疲勞性，可作為心肌補片而有效治療大鼠心肌梗塞模型。該支架具有很好的生物相容性和可降解性，能夠根據個體需求3D打印定制，未來還可以和藥物復合，實現藥物的緩釋，為疾病治療和組織缺損再生修復等提供個性化新方案。

東華大學材料學院游正偉教授團隊在3D打印熱固性材料領域取得重要進展，相關成果近日發(fā)表于材料學領域著名期刊《Materials Horizons》。

      3D打印技術是近年來新興的先進加工手段，因其可快速高效地制造精細復雜的立體結構，方便個性化定制等特點，在諸多領域均展示出良好的應用前景。熱固性材料具有出色的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐化學性，被廣泛地應用于航空航天、汽車、船舶和能源等各種產業(yè)中，然而大多數熱固性材料尤其是非光固化一類材料的成型都需要一個較長的交聯過程，難以匹配3D打印連續(xù)化的制造方式。

      如何讓前沿3D技術成功駕馭熱固性材料，在拓展可3D打印材料種類的同時又增加熱固性材料的設計和加工自由度？對此，游正偉團隊提出了一種新穎的策略，他們巧妙地將鹽粒和熱固性材料預聚物結合為可3D打印的“復合墨水”，鹽粒在3D打印過程中起到增稠劑的作用，保證順利打印成型；同時在熱固化過程中，鹽粒又起到增強劑的作用，實現打印的三維立體結構在高溫高真空交聯過程中保形；在打印過程中鹽粒固化成型后，鹽?？梢苑奖愕乇凰芙獬?，從而又作為致孔劑獲得了多孔的結構。

游正偉表示，該策略具有良好的通用性，可以實現多種熱固性材料例如交聯聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂的直接擠出式3D打印，打印出來的結構還具有常規(guī)3D打印難以獲得的微孔。

      論文第一作者、東華大學博士生雷東介紹說，加入食鹽的靈感來源于土木工程中常用的混凝土材料，水泥混入一定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支撐結構，提高抗壓強度。從靈感產生到應用于實驗，雷東說,課題組成員沒少花功夫，對食鹽粒徑大小、復配方式及比例、打印溫度、打印速率等多項參數都進行了反復試驗，以求達優(yōu)化到最佳實驗效果。

      據悉，研究人員以熱固性彈性體為例，開展了相關應用研究。利用打印彈性體對溶劑的大尺寸溶脹效應和微孔結構高效吸附與解吸作用，構建了可反復循環(huán)響應的氣體傳感器。利用3D打印個性化定制的優(yōu)勢構建了梯度化結構的柔性溶劑驅動器，可對溶劑即時響應并發(fā)生大尺度的形變，在軟體機器人等領域具有潛在的應用前景。

      同時，該課題組和上海交通大學附屬瑞金醫(yī)院的趙強教授和葉曉峰副主任醫(yī)師團隊合作，證實采用該技術所打印熱固性的三維多孔支架具有良好的力學強度、彈性和耐疲勞性，可作為心肌補片而有效治療大鼠心肌梗塞模型。該支架具有很好的生物相容性和可降解性，能夠根據個體需求3D打印定制，未來還可以和藥物復合，實現藥物的緩釋，為疾病治療和組織缺損再生修復等提供個性化新方案。