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哈佛科学家发明用单打印头3D打印多种粘弹性油墨

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一说到3D打印,很多人的脑海里就会浮现出使用熔融的塑料一层层堆积出3D对象的情景,其实这只是3D打印技术的一种,叫熔融沉积成型(FDM)。但是在全世界的实验室经常使用的还有另外一种沉积打印的形式,即所谓的粘弹性油墨打印。

使用粘弹性油墨进行打印,不需要加热,而是依赖一个泵喷射或挤出具有一致厚度的材料到构建平台上。这里说的油墨可以是水凝胶、陶瓷/粘土、细胞外基环氧树脂,及其它材料。我们之前看到的3D打印血管组织、传感器、电池、食品、巧克力等实际上都是基于这种技术的。

由于这种方法与FDM/FFF 3D打印技术比较类似,因此在使用多个挤出机同时进行多材料3D打印时也会碰上类似的问题,即不同挤出机之间的转换难以完美。当打印热塑性塑料时,这个可能不是大问题,但是如果要打印多细胞组织或者精细电子如传感器或电池等,稍有错位可能就是灾难性的后果。

针对这一情况,哈佛大学工程与应用科学院Wyss生物工程研究所的四位研究人员James O. Hardin、Thomas J. ObeAlexander D. Valentine和Jennifer A. Lewis最近在《Advanced Materials》上发表了一篇文章,描述了一种方法,可以通过单个微流体打印头实现两种粘弹性油墨的3D打印。这种方法可以大大减少打印错误,并可实现多材料的无缝打印,而且不必担心错位的问题。

“以一种可编程的方式通过单个喷嘴打印多种材料的能力为通过打印方式编码成分、定义属性梯度,从而创建出功能对象打开了大门。”该论文称。

研究人员已经设计了一个形状像大写的“T”的打印头。其中这个“T”的顶部两侧各连接一个单独控制的注射泵。这两个注射泵分别控制两种不同的材料流入打印头。当正在打印的材料需要从A切换到B时,材料A的注射泵停止运行,而材料B的注射泵开始挤压。由于打印头出口的形状进行了特殊的设计,在转换区域将会出现膨胀,从而导致材料A与材料B之间的界限非常清晰,这是与其他依靠多打印头的方法最大的区别之一。

这一方法使研究人员能够更好地掌握粘弹油墨的流动,从而使得打印头和相关技术进一步优化,该技术可适用于各种医疗及电子印刷方面的应用。未来研究团队还将进一步细化这一工艺。

值得一提的是,该项研究的成员之一Jennifer A. Lewis是最近比较出名的多材料3D电子打印机生产商Voxel8的老板。

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