導(dǎo)讀：弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種3D打印乳膠橡膠的新方法，從而可以打印具有復(fù)雜幾何形狀的各種彈性材料。

人們生活中一般認(rèn)知的乳膠是手套或油漆中的材料。乳膠是指一組（長(zhǎng)而重復(fù)的分子鏈）盤繞在分散在水中的納米顆粒中的聚合物。膠體形態(tài)能有效地將聚合物的粘度、分子量關(guān)系與大分子的螯合分離為離散的納米級(jí)顆粒，從而減輕了鏈間糾纏。聚合物膠體，通常稱為聚合物分散體或膠乳，通常包含均勻分散在水中（稱為連續(xù)相）的亞微米聚合物顆粒（稱為內(nèi)相）。

3D打印技術(shù)是一種增材制造工藝，作為第3次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一，能夠很好的滿足未來(lái)制造業(yè)對(duì)快速化、個(gè)性化、一體化和輕量化的要求。該技術(shù)的三大支撐為軟件、設(shè)備和打印材料。在彈性體制品領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可用于制品的研發(fā)和直接生產(chǎn)。近年來(lái)，3D打印彈性體的研發(fā)得到廣泛關(guān)注。3D打印乳膠和其他類似橡膠材料稱為彈性體，可用于多種應(yīng)用，包括軟機(jī)器人，醫(yī)療設(shè)備或減震器。彈性物體必須可逆地變形為高伸長(zhǎng)率；然而，交聯(lián)點(diǎn)之間必需的高分子量（定義為Mc）通常是由預(yù)制的高分子量聚合物前體的低交聯(lián)度引起的（例如橡膠硫化）。

還原光聚合(VP)增材制造制能造出具有出色分辨率的復(fù)雜幾何形狀；然而，由于伴隨的高溶液和熔體粘度，還原光聚合(VP)帶來(lái)了其他功能限制在聚合物前體上，要求創(chuàng)新的合成策略以增加印刷網(wǎng)絡(luò)的Mc，高分子量聚合物不適合VP。因此，在可印刷性和機(jī)械性能之間產(chǎn)生了具有挑戰(zhàn)性的悖論。

彈性體材料概念圖

《中國(guó)橡膠工業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略研究》規(guī)劃并制定了中國(guó)橡膠工業(yè)“十三五”（2016—2020年）和“十四五”（2021—2025年）這10年的發(fā)展戰(zhàn)略、方針和政策，在重大科技開(kāi)發(fā)和建設(shè)項(xiàng)目中，“3D打印技術(shù)在乳膠制品模型設(shè)計(jì)上的應(yīng)用”預(yù)計(jì)在“十三五”到“十四五”期間完成。目前的彈性體打印材料還沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的橡膠材料，3D打印乳膠也僅在科學(xué)文獻(xiàn)中記錄了幾次。

來(lái)自高分子創(chuàng)新研究所（MII）、科學(xué)院和工程學(xué)院的弗吉尼亞理工學(xué)院跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同提出了一種新的乳膠3D打印方法，并獲得了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)獎(jiǎng)。先前的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有一個(gè)接近于這個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)打印的乳膠的機(jī)械性能。化學(xué)教授兼該項(xiàng)目的首席研究員蒂莫西·朗（Timothy Long）與來(lái)自高分子創(chuàng)新研究所（MII）臨時(shí)主任弗·威廉姆斯（Christopher Williams）機(jī)械工程教授都表示該項(xiàng)目代表了跨學(xué)科領(lǐng)域研究的典型范例。他們兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室中的任何一個(gè)都不能在沒(méi)有另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的情況下實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。，可謂是兩者缺一不可。

通過(guò)在化學(xué)和機(jī)械工程領(lǐng)域的創(chuàng)新，該團(tuán)隊(duì)克服了3D打印（也稱為增材制造）的一些長(zhǎng)期限制。研究人員對(duì)液態(tài)乳膠進(jìn)行了化學(xué)修飾，使其可打印，并建造了帶有嵌入式計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的定制3D打印機(jī)，以打印這種高性能材料的準(zhǔn)確，高分辨率特征。

評(píng)估從乳膠打印的3D對(duì)象。（A–G）3D打印的光固化乳膠物體的圖像和性能：（A）生坯和（B）干燥的sIPN狀態(tài)的3D打印的Schwarz晶格，（C–F）打印的彈性體模具，以及（G）從中澆鑄的葉輪 菲爾德的金屬合金。


新材料的發(fā)展
在合成一種能提供理想分子量和機(jī)械性能的材料的嘗試失敗后，蒂莫西·朗研究小組的大分子科學(xué)與工程專業(yè)五年級(jí)學(xué)生菲爾·斯科特轉(zhuǎn)向了商業(yè)液體膠乳。研究人員最終希望將這種材料制成立體印刷形式，但斯科特首先需要增加化學(xué)成分，使其能夠打印。斯科特遇到了一個(gè)根本性的挑戰(zhàn):液態(tài)乳膠極其脆弱，化學(xué)家很難改變。維斯瓦納思·米納克什孫達(dá)拉姆是添加劑制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的一名機(jī)械工程專業(yè)的五年級(jí)博士生，他與斯科特合作，他說(shuō):“乳膠處于一種禪的狀態(tài)。

如果你給它添加任何東西，它將完全失去穩(wěn)定性并崩潰?！比缓?，化學(xué)家們想出了一個(gè)新主意:如果斯科特在乳膠粒子周圍建造一個(gè)類似于建筑施工中使用的腳手架來(lái)固定它們，會(huì)怎么樣？這樣，乳膠可以保持其巨大的結(jié)構(gòu)，斯科特可以添加光引發(fā)劑和其他化合物到乳膠，使三維打印與紫外線。

兩位教授說(shuō)三維打印乳液為印刷一系列前所未有的材料提供了概念框架，從硬塑料到軟橡膠，這些材料至今仍無(wú)法印刷。
據(jù)悉，該項(xiàng)目是弗吉尼亞理工大學(xué)和米其林北美公司通過(guò)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)獎(jiǎng)和一項(xiàng)與工業(yè)界學(xué)術(shù)聯(lián)系計(jì)劃的贈(zèng)款機(jī)會(huì)計(jì)劃的聯(lián)合合作，該計(jì)劃支持學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的聯(lián)合研究。他們的研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials＆Interfaces上的。

本文系轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫(kù)的觀點(diǎn)和立場(chǎng)。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者，如有任何疑問(wèn)，請(qǐng)聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。

導(dǎo)讀：弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種3D打印乳膠橡膠的新方法，從而可以打印具有復(fù)雜幾何形狀的各種彈性材料。

人們生活中一般認(rèn)知的乳膠是手套或油漆中的材料。乳膠是指一組（長(zhǎng)而重復(fù)的分子鏈）盤繞在分散在水中的納米顆粒中的聚合物。膠體形態(tài)能有效地將聚合物的粘度、分子量關(guān)系與大分子的螯合分離為離散的納米級(jí)顆粒，從而減輕了鏈間糾纏。聚合物膠體，通常稱為聚合物分散體或膠乳，通常包含均勻分散在水中（稱為連續(xù)相）的亞微米聚合物顆粒（稱為內(nèi)相）。

3D打印技術(shù)是一種增材制造工藝，作為第3次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一，能夠很好的滿足未來(lái)制造業(yè)對(duì)快速化、個(gè)性化、一體化和輕量化的要求。該技術(shù)的三大支撐為軟件、設(shè)備和打印材料。在彈性體制品領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可用于制品的研發(fā)和直接生產(chǎn)。近年來(lái)，3D打印彈性體的研發(fā)得到廣泛關(guān)注。3D打印乳膠和其他類似橡膠材料稱為彈性體，可用于多種應(yīng)用，包括軟機(jī)器人，醫(yī)療設(shè)備或減震器。彈性物體必須可逆地變形為高伸長(zhǎng)率；然而，交聯(lián)點(diǎn)之間必需的高分子量（定義為Mc）通常是由預(yù)制的高分子量聚合物前體的低交聯(lián)度引起的（例如橡膠硫化）。

還原光聚合(VP)增材制造制能造出具有出色分辨率的復(fù)雜幾何形狀；然而，由于伴隨的高溶液和熔體粘度，還原光聚合(VP)帶來(lái)了其他功能限制在聚合物前體上，要求創(chuàng)新的合成策略以增加印刷網(wǎng)絡(luò)的Mc，高分子量聚合物不適合VP。因此，在可印刷性和機(jī)械性能之間產(chǎn)生了具有挑戰(zhàn)性的悖論。

彈性體材料概念圖

《中國(guó)橡膠工業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略研究》規(guī)劃并制定了中國(guó)橡膠工業(yè)“十三五”（2016—2020年）和“十四五”（2021—2025年）這10年的發(fā)展戰(zhàn)略、方針和政策，在重大科技開(kāi)發(fā)和建設(shè)項(xiàng)目中，“3D打印技術(shù)在乳膠制品模型設(shè)計(jì)上的應(yīng)用”預(yù)計(jì)在“十三五”到“十四五”期間完成。目前的彈性體打印材料還沒(méi)有傳統(tǒng)意義上的橡膠材料，3D打印乳膠也僅在科學(xué)文獻(xiàn)中記錄了幾次。

來(lái)自高分子創(chuàng)新研究所（MII）、科學(xué)院和工程學(xué)院的弗吉尼亞理工學(xué)院跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同提出了一種新的乳膠3D打印方法，并獲得了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)獎(jiǎng)。先前的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有一個(gè)接近于這個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)打印的乳膠的機(jī)械性能。化學(xué)教授兼該項(xiàng)目的首席研究員蒂莫西·朗（Timothy Long）與來(lái)自高分子創(chuàng)新研究所（MII）臨時(shí)主任弗·威廉姆斯（Christopher Williams）機(jī)械工程教授都表示該項(xiàng)目代表了跨學(xué)科領(lǐng)域研究的典型范例。他們兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室中的任何一個(gè)都不能在沒(méi)有另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的情況下實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。，可謂是兩者缺一不可。

通過(guò)在化學(xué)和機(jī)械工程領(lǐng)域的創(chuàng)新，該團(tuán)隊(duì)克服了3D打印（也稱為增材制造）的一些長(zhǎng)期限制。研究人員對(duì)液態(tài)乳膠進(jìn)行了化學(xué)修飾，使其可打印，并建造了帶有嵌入式計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的定制3D打印機(jī)，以打印這種高性能材料的準(zhǔn)確，高分辨率特征。

評(píng)估從乳膠打印的3D對(duì)象。（A–G）3D打印的光固化乳膠物體的圖像和性能：（A）生坯和（B）干燥的sIPN狀態(tài)的3D打印的Schwarz晶格，（C–F）打印的彈性體模具，以及（G）從中澆鑄的葉輪 菲爾德的金屬合金。


新材料的發(fā)展
在合成一種能提供理想分子量和機(jī)械性能的材料的嘗試失敗后，蒂莫西·朗研究小組的大分子科學(xué)與工程專業(yè)五年級(jí)學(xué)生菲爾·斯科特轉(zhuǎn)向了商業(yè)液體膠乳。研究人員最終希望將這種材料制成立體印刷形式，但斯科特首先需要增加化學(xué)成分，使其能夠打印。斯科特遇到了一個(gè)根本性的挑戰(zhàn):液態(tài)乳膠極其脆弱，化學(xué)家很難改變。維斯瓦納思·米納克什孫達(dá)拉姆是添加劑制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的一名機(jī)械工程專業(yè)的五年級(jí)博士生，他與斯科特合作，他說(shuō):“乳膠處于一種禪的狀態(tài)。

如果你給它添加任何東西，它將完全失去穩(wěn)定性并崩潰?！比缓?，化學(xué)家們想出了一個(gè)新主意:如果斯科特在乳膠粒子周圍建造一個(gè)類似于建筑施工中使用的腳手架來(lái)固定它們，會(huì)怎么樣？這樣，乳膠可以保持其巨大的結(jié)構(gòu)，斯科特可以添加光引發(fā)劑和其他化合物到乳膠，使三維打印與紫外線。

兩位教授說(shuō)三維打印乳液為印刷一系列前所未有的材料提供了概念框架，從硬塑料到軟橡膠，這些材料至今仍無(wú)法印刷。
據(jù)悉，該項(xiàng)目是弗吉尼亞理工大學(xué)和米其林北美公司通過(guò)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)獎(jiǎng)和一項(xiàng)與工業(yè)界學(xué)術(shù)聯(lián)系計(jì)劃的贈(zèng)款機(jī)會(huì)計(jì)劃的聯(lián)合合作，該計(jì)劃支持學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的聯(lián)合研究。他們的研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials＆Interfaces上的。

本文系轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫(kù)的觀點(diǎn)和立場(chǎng)。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者，如有任何疑問(wèn)，請(qǐng)聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。