3D打印功能梯度多孔材料，制備致密多孔結構

來源：奇遇科技

2023年1月17日，澳大利亞迪肯大學等單位的研究人員在《Small Structures》上發(fā)表題為3D Printing Functionally Graded Porous Materialsfor Simultaneous Fabrication of Dense and PorousStructures in Membrane-Integrated Fluidic Devices的研究論文，報道了將灰度DLP（G-DLP）與聚合誘導相分離（PIPS）墨水相結合，實現了單個打印層內分層多孔結構的3D打印。使用這種油墨配方進行致密和多孔材料的空間精度打印，為功能梯度材料（FGM）提供了新的制備方案。

原文鏈接:https://doi.org/10.1002/sstr.202200314

本文介紹了聚合相分離墨水的灰度數字光投影3D打印，以直接3D打印來自相同墨水配方的單層內的功能梯度多孔結構。該結構在一層內可以同時形成孔隙率為0.8%的物理致密結構和高達23%的多孔結構，同時具有該3D打印技術固有的高空間分辨率。密度從1.01到1.21克的材料在吸濕設備中進行3D打印，并顯示出從完全擴散堵塞到4.5 mm h-1的吸濕速率(H2O)。本研究所提出的單步制造功能梯度材料，在生物技術和醫(yī)療保健應用的膜或吸附劑等方面具有一定潛力。

研究內容解讀  
本研究的創(chuàng)新之處在于，利用G-DLP調節(jié)其輻射劑量，以控制聚合時發(fā)生相分離的光聚合油墨形成的材料的孔隙度，促進功能梯度多孔材料的形成。重要的是，灰度的像素級控制提供了對單層內多孔域空間分布的控制，提供了對制造部件的材料孔隙度指數、y和z方向的控制，并且不需要額外的后處理步驟。集成這些材料的潛力是通過制造功能集成的流體裝置來說明的，該裝置結合了在單個制造步驟中同時打印的密集和多孔區(qū)域。該裝置用于土壤樣品中鐵的比色測定。預計這種新方法的未來應用將從用于顆粒分離的功能集成設備擴展到用于色譜的集成3D打印設備，以及用于細胞和組織培養(yǎng)和其他生物啟發(fā)材料的腳手架的功能梯度材料。

圖1 灰度DLP3D打印概念。

圖2 結構評價：a):在灰度強度(GS-0、GS-45、GS-55、GS-65、GS-75)下，沿正方形塊材橫截面的SEM圖像顯示出多孔形態(tài)梯度。b):孔徑分析:通過對所有灰度的分析計算孔徑。c):不同灰度曝光條件下孔隙度和幾何密度的變化。

圖4 a)設計:本裝置由體積為20μl的圓形儲液池組成，儲液池與4 × 0.5 mm截面、長9mm的矩形條(上)相連，單層顯示在LCD屏幕上，帶灰度掩模(下)。矩形條的曝光采用GS-75、GS-65、GS-55、GS-45灰度掩模和GS-0全曝光區(qū)進行控制。b):使用G-DLP的打印設備顯示吸水行為。c)熒光素溶液在時間點通過不同灰度掩模矩形條的抽吸距離。

圖5 膜集成流體裝置。

圖6 接口分析。