日前，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤教授、吳晶軍研究員團隊設(shè)計出一種新型光敏樹脂，并用它通過3D打印做出能拉伸到自身長度9倍以上、憑借直徑1毫米的“身軀”提起10公斤物件的“超級橡皮筋”。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
“超級橡皮筋”拉伸前后對比圖。左圖為拉伸前，右圖為拉伸后。
區(qū)別于層層打印的方式，光固化3D打印技術(shù)好比沖印照片，利用紫外線激光對光敏樹脂固化，產(chǎn)品經(jīng)過“曝光”從打印材料中“顯影”出來，使打印過程更快，更接近工業(yè)級應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。然而，光固化3D打印的產(chǎn)品通常比較脆，容易斷裂，主要被用于打印模型，不適用于對機械性能有較高要求的場景。
“要讓3D打印技術(shù)能適應(yīng)更多的場景，需要改變材料性能。”該論文第一作者、浙大杭州國際科創(chuàng)中心方子正研究員介紹，研究團隊在打印階段先關(guān)注材料的反應(yīng)活性和流動性，滿足材料成型的要求，在打印成型后再進行增韌處理。
方子正說，團隊在已有的光敏樹脂分子中加入動態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段和羧基。在打印前體材料階段，它們處于“潛伏”狀態(tài)。打印成型后，成品會被轉(zhuǎn)移到90攝氏度的“烤箱”中靜置一會兒，材料的分子結(jié)構(gòu)和性能會悄然變化。
據(jù)了解，研究人員用這類新型樹脂打印出一根“橡皮筋”后對其進行耐力測試。實驗顯示，“橡皮筋”能被拉伸到自身長度的9倍，承受94兆帕的拉力也不繃斷。此外，研究人員還用該材料制備出抗穿刺性能極佳的氣球等物件。
吳晶軍表示，這種光敏樹脂材料的強度和韌性，遠超現(xiàn)有的文獻報道和商業(yè)化產(chǎn)品中的同類材料。這項研究進展為3D打印技術(shù)突破材料局限，大規(guī)模應(yīng)用于高性能的產(chǎn)品制造帶來了曙光。
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