3D打印功能梯度多孔材料，制備致密多孔結(jié)構(gòu)

來源：奇遇科技

2023年1月17日，澳大利亞迪肯大學(xué)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(bào)道了將灰度DLP（G-DLP）與聚合誘導(dǎo)相分離（PIPS）墨水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)打印層內(nèi)分層多孔結(jié)構(gòu)的3D打印。使用這種油墨配方進(jìn)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(shù)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(nèi)的功能梯度多孔結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在一層內(nèi)可以同時(shí)形成孔隙率為0.8%的物理致密結(jié)構(gòu)和高達(dá)23%的多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有該3D打印技術(shù)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(shè)備中進(jìn)行3D打印，并顯示出從完全擴(kuò)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(shù)和醫(yī)療保健應(yīng)用的膜或吸附劑等方面具有一定潛力。

研究內(nèi)容解讀  
本研究的創(chuàng)新之處在于，利用G-DLP調(diào)節(jié)其輻射劑量，以控制聚合時(shí)發(fā)生相分離的光聚合油墨形成的材料的孔隙度，促進(jìn)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(nèi)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(shù)、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(jié)合了在單個(gè)制造步驟中同時(shí)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(yù)計(jì)這種新方法的未來應(yīng)用將從用于顆粒分離的功能集成設(shè)備擴(kuò)展到用于色譜的集成3D打印設(shè)備，以及用于細(xì)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(jié)構(gòu)評價(jià)：a):在灰度強(qiáng)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(jì)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(shè)計(jì):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(jìn)行控制。b):使用G-DLP的打印設(shè)備顯示吸水行為。c)熒光素溶液在時(shí)間點(diǎn)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。