三維打印新型智能材料的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

目前，3D打印已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。3D打印一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，該技術(shù)最早在20世紀(jì)80年代中期由美國(guó)提出。3D打印建模實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。3D掃描在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響，是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，3D打印材料的性能不斷提高，價(jià)格不斷下降；目前主流3D打印技術(shù):FDM、SLA、SLM分別使用ABS和PLA光敏樹脂；尼龍粉；金屬粉。但是除了這些現(xiàn)在已經(jīng)成為主流的3D打印材料之外，還有哪些3D打印材料正在研究中，未來可能成為主流？下面尹夢(mèng)媛邊肖就給大家簡(jiǎn)單介紹一下。

1.1 3D打印電活性研究聚合物復(fù)合材料

電活性高分子材料是一種新型的柔性功能材料，在電場(chǎng)作用下可以發(fā)生很大的尺寸或形狀變化，是智能材料的一個(gè)重要分支。

1.1.1 3D打印IPMC

Ipmc 是通過在離子交換膜的兩個(gè)表面上制備電極而形成的復(fù)合材料。在外加電壓的作用下，材料中的離子和水分子聚集在電極的一側(cè)，導(dǎo)致電極的質(zhì)量和電荷分布不平衡，使材料發(fā)生宏觀彎曲變形。傳統(tǒng)方法制備的 ipmc 材料大多為片狀，由于傳統(tǒng)方法的局限性，難以制備形狀復(fù)雜的智能化 ipmc 材料。

埃文·馬龍和霍德·利普森于2006年首次提出通過3D打印技術(shù)制造三層和五層IPMC智能材料。該研究組以Nafion溶液、乙醇和水的混合溶液作為印刷IPMC矩陣的前驅(qū)體材料，以銀微粒和Nafion溶液的混合溶液作為IPMC電極材料。首先，通過3D打印硅膠材料制備立方體硅膠容器，然后通過噴嘴逐點(diǎn)固化電極-Nafion基體-電極三層結(jié)構(gòu)。3D打印制備的硅膠容器作為下一個(gè)3D打印IPMC的支撐，防止噴嘴噴出的液體在固化前流動(dòng)，影響IPMC的制備。為了減少溶液的揮發(fā)，延長(zhǎng)IPMC智能材料的使用壽命，馬龍課題組在三層結(jié)構(gòu)的IPMC 3D打印的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，打印固化了一層低導(dǎo)電率的電極保護(hù)層，該層電極保護(hù)層采用的是醇c熱(zeon chemicals l.p .)材料，不會(huì)被水滲透。3D打印制造的五層IPMC，可以將解決方案密封在IPMC，有效延長(zhǎng)使用壽命。圖1是通過3D打印制備的結(jié)構(gòu)示意圖和IPMC。

盡管我們采用3D打印信息技術(shù)可以制備出的片狀I(lǐng)PMC與傳統(tǒng)文化工藝制備出的片狀I(lǐng)PMC在性能上具有影響較大發(fā)展差距，但是通過這種新的IPMC智能建筑材料3D打印技術(shù)為制造復(fù)雜形狀I(lǐng)PMC三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，使今后直接增材制造制造任意形狀I(lǐng)PMC智能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為學(xué)生可能。

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