東華大學材料學院游正偉教授團隊在3D打印熱固性材料領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)成果近日發(fā)表于材料學領(lǐng)域著名期刊《Materials Horizons》。

      3D打印技術(shù)是近年來新興的先進加工手段，因其可快速高效地制造精細復雜的立體結(jié)構(gòu)，方便個性化定制等特點，在諸多領(lǐng)域均展示出良好的應(yīng)用前景。熱固性材料具有出色的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐化學性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶和能源等各種產(chǎn)業(yè)中，然而大多數(shù)熱固性材料尤其是非光固化一類材料的成型都需要一個較長的交聯(lián)過程，難以匹配3D打印連續(xù)化的制造方式。

      如何讓前沿3D技術(shù)成功駕馭熱固性材料，在拓展可3D打印材料種類的同時又增加熱固性材料的設(shè)計和加工自由度？對此，游正偉團隊提出了一種新穎的策略，他們巧妙地將鹽粒和熱固性材料預(yù)聚物結(jié)合為可3D打印的“復合墨水”，鹽粒在3D打印過程中起到增稠劑的作用，保證順利打印成型；同時在熱固化過程中，鹽粒又起到增強劑的作用，實現(xiàn)打印的三維立體結(jié)構(gòu)在高溫高真空交聯(lián)過程中保形；在打印過程中鹽粒固化成型后，鹽粒可以方便地被水溶解除去，從而又作為致孔劑獲得了多孔的結(jié)構(gòu)。

游正偉表示，該策略具有良好的通用性，可以實現(xiàn)多種熱固性材料例如交聯(lián)聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂的直接擠出式3D打印，打印出來的結(jié)構(gòu)還具有常規(guī)3D打印難以獲得的微孔。

      論文第一作者、東華大學博士生雷東介紹說，加入食鹽的靈感來源于土木工程中常用的混凝土材料，水泥混入一定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支撐結(jié)構(gòu)，提高抗壓強度。從靈感產(chǎn)生到應(yīng)用于實驗，雷東說,課題組成員沒少花功夫，對食鹽粒徑大小、復配方式及比例、打印溫度、打印速率等多項參數(shù)都進行了反復試驗，以求達優(yōu)化到最佳實驗效果。

      據(jù)悉，研究人員以熱固性彈性體為例，開展了相關(guān)應(yīng)用研究。利用打印彈性體對溶劑的大尺寸溶脹效應(yīng)和微孔結(jié)構(gòu)高效吸附與解吸作用，構(gòu)建了可反復循環(huán)響應(yīng)的氣體傳感器。利用3D打印個性化定制的優(yōu)勢構(gòu)建了梯度化結(jié)構(gòu)的柔性溶劑驅(qū)動器，可對溶劑即時響應(yīng)并發(fā)生大尺度的形變，在軟體機器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

      同時，該課題組和上海交通大學附屬瑞金醫(yī)院的趙強教授和葉曉峰副主任醫(yī)師團隊合作，證實采用該技術(shù)所打印熱固性的三維多孔支架具有良好的力學強度、彈性和耐疲勞性，可作為心肌補片而有效治療大鼠心肌梗塞模型。該支架具有很好的生物相容性和可降解性，能夠根據(jù)個體需求3D打印定制，未來還可以和藥物復合，實現(xiàn)藥物的緩釋，為疾病治療和組織缺損再生修復等提供個性化新方案。

東華大學材料學院游正偉教授團隊在3D打印熱固性材料領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)成果近日發(fā)表于材料學領(lǐng)域著名期刊《Materials Horizons》。

      3D打印技術(shù)是近年來新興的先進加工手段，因其可快速高效地制造精細復雜的立體結(jié)構(gòu)，方便個性化定制等特點，在諸多領(lǐng)域均展示出良好的應(yīng)用前景。熱固性材料具有出色的力學性能、熱穩(wěn)定性和耐化學性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶和能源等各種產(chǎn)業(yè)中，然而大多數(shù)熱固性材料尤其是非光固化一類材料的成型都需要一個較長的交聯(lián)過程，難以匹配3D打印連續(xù)化的制造方式。

      如何讓前沿3D技術(shù)成功駕馭熱固性材料，在拓展可3D打印材料種類的同時又增加熱固性材料的設(shè)計和加工自由度？對此，游正偉團隊提出了一種新穎的策略，他們巧妙地將鹽粒和熱固性材料預(yù)聚物結(jié)合為可3D打印的“復合墨水”，鹽粒在3D打印過程中起到增稠劑的作用，保證順利打印成型；同時在熱固化過程中，鹽粒又起到增強劑的作用，實現(xiàn)打印的三維立體結(jié)構(gòu)在高溫高真空交聯(lián)過程中保形；在打印過程中鹽粒固化成型后，鹽粒可以方便地被水溶解除去，從而又作為致孔劑獲得了多孔的結(jié)構(gòu)。

游正偉表示，該策略具有良好的通用性，可以實現(xiàn)多種熱固性材料例如交聯(lián)聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂的直接擠出式3D打印，打印出來的結(jié)構(gòu)還具有常規(guī)3D打印難以獲得的微孔。

      論文第一作者、東華大學博士生雷東介紹說，加入食鹽的靈感來源于土木工程中常用的混凝土材料，水泥混入一定比例的石子、沙子等填充材料用以加固支撐結(jié)構(gòu)，提高抗壓強度。從靈感產(chǎn)生到應(yīng)用于實驗，雷東說,課題組成員沒少花功夫，對食鹽粒徑大小、復配方式及比例、打印溫度、打印速率等多項參數(shù)都進行了反復試驗，以求達優(yōu)化到最佳實驗效果。

      據(jù)悉，研究人員以熱固性彈性體為例，開展了相關(guān)應(yīng)用研究。利用打印彈性體對溶劑的大尺寸溶脹效應(yīng)和微孔結(jié)構(gòu)高效吸附與解吸作用，構(gòu)建了可反復循環(huán)響應(yīng)的氣體傳感器。利用3D打印個性化定制的優(yōu)勢構(gòu)建了梯度化結(jié)構(gòu)的柔性溶劑驅(qū)動器，可對溶劑即時響應(yīng)并發(fā)生大尺度的形變，在軟體機器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

      同時，該課題組和上海交通大學附屬瑞金醫(yī)院的趙強教授和葉曉峰副主任醫(yī)師團隊合作，證實采用該技術(shù)所打印熱固性的三維多孔支架具有良好的力學強度、彈性和耐疲勞性，可作為心肌補片而有效治療大鼠心肌梗塞模型。該支架具有很好的生物相容性和可降解性，能夠根據(jù)個體需求3D打印定制，未來還可以和藥物復合，實現(xiàn)藥物的緩釋，為疾病治療和組織缺損再生修復等提供個性化新方案。