西安交通大学研究人员开发出新型水凝胶3D打印系统

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-04-01

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据《3D打印商情》了解,在最近发表的论文《具有电容边缘效应的水凝胶3D打印》中,作者王继坤、卢同庆、孟阳、孙丹奇、夏玉坤、王铁军进一步探讨了水凝胶制造技术的应用,并提出了克服当前困难的新办法。
水凝胶往往是生物3D打印的核心,虽然这些结构也用于许多其他应用,如制造尿布、隐形眼镜和药物输送,但医学领域更受益于它们在组织工程中的持续使用。水凝胶分为许多不同的类别,如功能性、响应性、双网络、坚韧,以及软传感器、执行器和离子设备中包含的那些。
作者在论文中非常清楚地说明了这个问题:随着水凝胶技术的进步,用于创造它们的技术也应该更先进。在这项研究中,他们详细介绍了一种利用电容器边缘效应(PLEEC)对液体进行图案化的新方法,提供了一种他们希望应用于创建全面水凝胶3D打印系统的方法。他们详细介绍了以下几个方面的快速原型制作技术:
1、水凝胶支架;
2、温敏水凝胶复合材料;
3、离子高完整性水凝胶显示装置。

PLEEC的原理:非对称电容器由介电层隔开。
在使用电容边缘效应(PLEEC)时,可以产生具有许多不同性质的水凝胶,并且还可以通过各种机制和材料进行交联。
“电容器的不对称设计使得构建真实的3D物体成为可能,而不仅仅是在两个电极内部的2D图案。”研究人员表示,“我们建立了基于新方法的3D打印系统,并打印展示了一系列水凝胶结构,包括水凝胶支架,水凝胶复合材料和水凝胶离子器件。”
基本上,电容器存储电荷。在此,作者研究并比较了对称和非对称电容器——最终目标是在开放空间中产生“捕获和控制液体”的不对称形式。他们的水凝胶3D打印系统由七部分组成:
1.机械模块;
2.PLEEC面板;
3.加液单元;
4.固化平台;
5.固化装置;
6.电源;
7.控制模块。
研究人员使用Arduino Mega 2560 R3来控制系统,由Leadshine DM542控制的三个42步进电机驱动三个滑轨。它们还使用高压电源(Trek 610E),以1千赫的3000 V电压供电。
聚合可以通过热固化、紫外光固化或离子交换固化来实现,并且水凝胶易于图案化成不同的复合材料。研究人员表示,这种固化方法可以实现“出色的完整性和粘合性”。

采用PLEEC的水凝胶3D打印系统。
“如果使用具有较高介电常数的介电层,或者将设备浸入具有较高电击穿强度的环境中,我们的打印技术的精度可以进一步提高。”研究人员总结道,“如果使用更先进的技术制造更薄的层,激活电压也可以显著降低。如果像素尺寸进一步缩小到微米级或更小,这种打印技术有很大的潜力来打印非常复杂和精确的水凝胶结构,如人造组织、软超材料、软电子和软机器人。
3D打印水凝胶在许多研究实验室中很受欢迎,这使生物3D打印技术继续刷新高度。目前,水凝胶可用于广泛的应用。