柔性耗材3D打印應(yīng)用研究進(jìn)展

隨著多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉發(fā)展，3D打印結(jié)合柔性材料的研究越來(lái)越多，范圍涵蓋智能結(jié)構(gòu)、軟機(jī)器人、人工肌肉、生物仿生等方向，并一直處于國(guó)際熱門研究狀態(tài)。對(duì)新型柔性材料的要求也越來(lái)越高，因此催生了許多新技術(shù)，逐步替代了部分傳統(tǒng)硬質(zhì)材料，近年來(lái)也取得了許多突破性進(jìn)展。常見(jiàn)的柔性耗材3D打印器件的應(yīng)用形式，包括了水凝膠、傳感器、驅(qū)動(dòng)器等。具體的研究進(jìn)展如下：

He Y等搭建了糖類打印機(jī)，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑對(duì)糖絲逐層堆疊，并整體浸沒(méi)在PDＭS中，最后利用糖類的自溶特性獲取微流道。通過(guò)調(diào)整糖絲的厚度和層數(shù)，可以改變微流道的尺寸的排布方式，簡(jiǎn)單便捷，成本低廉，這為微流道設(shè)計(jì)提供了新的思路。

Wei J等從水凝膠入手，混合了不同比例的海藻酸鈉和光照交聯(lián)劑，借助改進(jìn)后的螺桿式噴頭3D打印機(jī)成功打印出了超高強(qiáng)度的水凝膠，并測(cè)試了水凝膠的力學(xué)性能，為快速獲取功能性水凝膠提供了一種新的方法。

Ｍuth J T等提出了一種嵌入式3D打印方式，成功的將粘彈性導(dǎo)電墨水打印進(jìn)PDＭS彈性儲(chǔ)層之內(nèi)，獲得了高彈性體陣列的應(yīng)變傳感器。這種傳感器可伸縮性強(qiáng)，與人體親和性高，可以在任意平面內(nèi)獲得復(fù)雜的外界相應(yīng)。

Ｏta H等借助嵌入式3D打印技術(shù)做出了一款智能手套傳感器，可以精準(zhǔn)檢測(cè)出手上的溫度，但與Joseph T.Ｍuth的傳感器不同的是，這次采用的材料是FDＭ打印的絲狀TPU，而之前的材料是DIW打印的液態(tài)PDＭS。從效果來(lái)看，TPU對(duì)溫度變化響應(yīng)要好，而PDＭS對(duì)電阻變化響應(yīng)要大。除了有傳感器之外，人工肌肉驅(qū)動(dòng)也是柔性材料3D打印另一個(gè)熱門的方向。

Carrico J D等制作了IPＭC的拉絲線材，通過(guò)FDＭ打印機(jī)打印出了一個(gè)小型介電驅(qū)動(dòng)器，電壓只需3V以內(nèi)即可控制。

Walters P等用了SLＭ的3D成型方式，運(yùn)用多種光敏材料打印出了DEA驅(qū)動(dòng)器，雖然比商業(yè)的VHB材料驅(qū)動(dòng)變形要小，但是力電效應(yīng)也能達(dá)到驅(qū)動(dòng)器的效果。

Wehner Ｍ等發(fā)表在Nature上的全軟體3D打印章魚(yú)機(jī)器人將柔性3D打印提升至更高層次，結(jié)合微流道技術(shù)，研究人員先3D成型出一個(gè)彈性體“章魚(yú)”，隨后用嵌入式3D打印方式在“章魚(yú)”體內(nèi)打印出了復(fù)雜的微通道以及動(dòng)力芯片，并通入運(yùn)動(dòng)所需“燃料”，利用Pt和H2O2反應(yīng)產(chǎn)生的氣體驅(qū)動(dòng)“章魚(yú)”軀體的運(yùn)動(dòng)。

Cohrs N H等打印出了世界上第一個(gè)心臟輔助裝置，也叫“人工心臟”，利用3D打印和失蠟法制造出了跟人心臟功能一樣的硅膠殼體，既有心房心室，也有動(dòng)靜脈，并達(dá)到了很高的水動(dòng)力特性，具有3D打印生物領(lǐng)域的里程碑意義。

Chin S Y等在Science robotics上發(fā)表文章，展示了最新的用于體內(nèi)藥物釋放的3D打印凝膠裝置，實(shí)驗(yàn)顯示，此裝置具有很高的生物親和性，并能滿足藥物釋放的效果，因此在臨床醫(yī)學(xué)上有很大的研究意義。值得一提的是，這種微小的裝置是由特定凝肢3D光固化打印而成，可以隨意改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單便捷。

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