導讀：弗吉尼亞理工大學的研究人員發(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雜幾何形狀的各種彈性材料。

人們生活中一般認知的乳膠是手套或油漆中的材料。乳膠是指一組（長而重復的分子鏈）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、分子量關系與大分子的螯合分離為離散的納米級顆粒，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打印技術是一種增材制造工藝，作為第3次工業(yè)革命的核心技術之一，能夠很好的滿足未來制造業(yè)對快速化、個性化、一體化和輕量化的要求。該技術的三大支撐為軟件、設備和打印材料。在彈性體制品領域，3D打印技術可用于制品的研發(fā)和直接生產(chǎn)。近年來，3D打印彈性體的研發(fā)得到廣泛關注。3D打印乳膠和其他類似橡膠材料稱為彈性體，可用于多種應用，包括軟機器人，醫(yī)療設備或減震器。彈性物體必須可逆地變形為高伸長率；然而，交聯(lián)點之間必需的高分子量（定義為Mc）通常是由預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)絡的Mc，高分子量聚合物不適合VP。因此，在可印刷性和機械性能之間產(chǎn)生了具有挑戰(zhàn)性的悖論。

彈性體材料概念圖

《中國橡膠工業(yè)強國發(fā)展戰(zhàn)略研究》規(guī)劃并制定了中國橡膠工業(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，在重大科技開發(fā)和建設項目中，“3D打印技術在乳膠制品模型設計上的應用”預計在“十三五”到“十四五”期間完成。目前的彈性體打印材料還沒有傳統(tǒng)意義上的橡膠材料，3D打印乳膠也僅在科學文獻中記錄了幾次。

來自高分子創(chuàng)新研究所（MII）、科學院和工程學院的弗吉尼亞理工學院跨學科團隊共同提出了一種新的乳膠3D打印方法，并獲得了國家科學基金會獎。先前的實驗沒有一個接近于這個跨學科團隊打印的乳膠的機械性能?；瘜W教授兼該項目的首席研究員蒂莫西·朗（Timothy Long）與來自高分子創(chuàng)新研究所（MII）臨時主任弗·威廉姆斯（Christopher Williams）機械工程教授都表示該項目代表了跨學科領域研究的典型范例。他們兩個實驗室中的任何一個都不能在沒有另一個實驗室的情況下實現(xiàn)這一目標。，可謂是兩者缺一不可。

通過在化學和機械工程領域的創(chuàng)新，該團隊克服了3D打?。ㄒ卜Q為增材制造）的一些長期限制。研究人員對液態(tài)乳膠進行了化學修飾，使其可打印，并建造了帶有嵌入式計算機視覺系統(tǒng)的定制3D打印機，以打印這種高性能材料的準確，高分辨率特征。

評估從乳膠打印的3D對象。（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與工程專業(yè)五年級學生菲爾·斯科特轉向了商業(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成分，使其能夠打印。斯科特遇到了一個根本性的挑戰(zhàn):液態(tài)乳膠極其脆弱，化學家很難改變。維斯瓦納思·米納克什孫達拉姆是添加劑制造系統(tǒng)實驗室的一名機械工程專業(yè)的五年級博士生，他與斯科特合作，他說:“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?！比缓螅瘜W家們想出了一個新主意:如果斯科特在乳膠粒子周圍建造一個類似于建筑施工中使用的腳手架來固定它們，會怎么樣？這樣，乳膠可以保持其巨大的結構，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，這些材料至今仍無法印刷。
據(jù)悉，該項目是弗吉尼亞理工大學和米其林北美公司通過國家科學基金會獎和一項與工業(yè)界學術聯(lián)系計劃的贈款機會計劃的聯(lián)合合作，該計劃支持學術界和工業(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。

本文系轉載，版權歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫的觀點和立場。如需轉載請聯(lián)系原作者，如有任何疑問，請聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。

導讀：弗吉尼亞理工大學的研究人員發(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雜幾何形狀的各種彈性材料。

人們生活中一般認知的乳膠是手套或油漆中的材料。乳膠是指一組（長而重復的分子鏈）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、分子量關系與大分子的螯合分離為離散的納米級顆粒，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打印技術是一種增材制造工藝，作為第3次工業(yè)革命的核心技術之一，能夠很好的滿足未來制造業(yè)對快速化、個性化、一體化和輕量化的要求。該技術的三大支撐為軟件、設備和打印材料。在彈性體制品領域，3D打印技術可用于制品的研發(fā)和直接生產(chǎn)。近年來，3D打印彈性體的研發(fā)得到廣泛關注。3D打印乳膠和其他類似橡膠材料稱為彈性體，可用于多種應用，包括軟機器人，醫(yī)療設備或減震器。彈性物體必須可逆地變形為高伸長率；然而，交聯(lián)點之間必需的高分子量（定義為Mc）通常是由預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)絡的Mc，高分子量聚合物不適合VP。因此，在可印刷性和機械性能之間產(chǎn)生了具有挑戰(zhàn)性的悖論。

彈性體材料概念圖

《中國橡膠工業(yè)強國發(fā)展戰(zhàn)略研究》規(guī)劃并制定了中國橡膠工業(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，在重大科技開發(fā)和建設項目中，“3D打印技術在乳膠制品模型設計上的應用”預計在“十三五”到“十四五”期間完成。目前的彈性體打印材料還沒有傳統(tǒng)意義上的橡膠材料，3D打印乳膠也僅在科學文獻中記錄了幾次。

來自高分子創(chuàng)新研究所（MII）、科學院和工程學院的弗吉尼亞理工學院跨學科團隊共同提出了一種新的乳膠3D打印方法，并獲得了國家科學基金會獎。先前的實驗沒有一個接近于這個跨學科團隊打印的乳膠的機械性能?；瘜W教授兼該項目的首席研究員蒂莫西·朗（Timothy Long）與來自高分子創(chuàng)新研究所（MII）臨時主任弗·威廉姆斯（Christopher Williams）機械工程教授都表示該項目代表了跨學科領域研究的典型范例。他們兩個實驗室中的任何一個都不能在沒有另一個實驗室的情況下實現(xiàn)這一目標。，可謂是兩者缺一不可。

通過在化學和機械工程領域的創(chuàng)新，該團隊克服了3D打?。ㄒ卜Q為增材制造）的一些長期限制。研究人員對液態(tài)乳膠進行了化學修飾，使其可打印，并建造了帶有嵌入式計算機視覺系統(tǒng)的定制3D打印機，以打印這種高性能材料的準確，高分辨率特征。

評估從乳膠打印的3D對象。（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與工程專業(yè)五年級學生菲爾·斯科特轉向了商業(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成分，使其能夠打印。斯科特遇到了一個根本性的挑戰(zhàn):液態(tài)乳膠極其脆弱，化學家很難改變。維斯瓦納思·米納克什孫達拉姆是添加劑制造系統(tǒng)實驗室的一名機械工程專業(yè)的五年級博士生，他與斯科特合作，他說:“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?！比缓螅瘜W家們想出了一個新主意:如果斯科特在乳膠粒子周圍建造一個類似于建筑施工中使用的腳手架來固定它們，會怎么樣？這樣，乳膠可以保持其巨大的結構，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，這些材料至今仍無法印刷。
據(jù)悉，該項目是弗吉尼亞理工大學和米其林北美公司通過國家科學基金會獎和一項與工業(yè)界學術聯(lián)系計劃的贈款機會計劃的聯(lián)合合作，該計劃支持學術界和工業(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。

本文系轉載，版權歸原作者所有；旨在傳遞信息，不代表3D打印資源庫的觀點和立場。如需轉載請聯(lián)系原作者，如有任何疑問，請聯(lián)系kefu@3dzyk.cn。