生物基材料的新进展，3D打印复杂的纤维素基物体
时间:2020-03-27 15:47 来源:孜然实验室 作者:中国3D打印网 点击:次
| 苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）和瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的研究人员创造了新的世界纪录：他们进行3D打印的复杂物体，其纤维素含量高于任何其他增材制造的纤维素基部件。为了实现这一目标，他们使用了一个巧妙的技巧。
由纤维素复合材料制成的3D打印耳软骨仿制品。图片：Michael Hausmann/ETH Zurich/Empa
先打印，再固化 为此，研究人员将通过直接墨水打印（DIW）方法进行的打印与随后的固化工艺相结合，以将打印对象的纤维素含量提高到27％的体积分数。他们的工作最近发表在《高级功能材料》杂志上。ETH和Empa研究人员不是第一个使用3-D打印机处理纤维素的人。然而，先前的方法，也使用含纤维素的墨水，还不能生产具有如此高的纤维素含量和复杂性的固体物体。 
印刷油墨的组成非常简单。它仅由分散有几百纳米的纤维素颗粒和纤维的水组成。纤维素含量为墨水量的6％至14％。 溶剂浴使纤维素致密 ETH研究人员使用以下技巧使印刷的纤维素产品致密化：在打印纤维素基墨水后，他们将物体放入有机溶剂浴中。由于纤维素不喜欢有机溶剂，因此颗粒易于聚集。该过程导致印刷部分的收缩，并因此导致材料内纤维素颗粒的相对量显着增加。下一步，科学家将物体浸泡在含有光敏塑料前体的溶液中。通过蒸发除去溶剂，塑料前体渗透到纤维素基支架中。接下来，为了将塑料前体转化为固体塑料，他们将物体暴露在紫外线下。由此制得的纤维素含量为上述复合材料体积的27％。豪斯曼说：“致密化工艺使我们可以从体积百分比为6％到14％的水-纤维素混合物开始，最后以27％的纤维素纳米晶体复合物结束。”  网格。图片：M. Hausmann/ETH/Empa 可以预先确定弹性 似乎还不够，取决于所用塑料前体的类型，研究人员可以调整打印物体的机械性能，例如其弹性或强度。这使他们可以根据应用程序创建硬零件或软零件。 使用这种方法，研究人员能够制造各种复合物体，包括一些微妙的性质，例如仅1毫米厚的火焰雕塑。但是，壁厚大于5毫米的印刷部件的致密化会导致结构变形，因为致密化对象的表面收缩速度快于其核心。  蜂窝状结构。图片：M. Hausmann/ETH/Empa 与木材的纤维取向相似 研究人员使用X射线分析和机械测试研究了他们的物体。他们的发现表明，纤维素纳米晶体的排列与天然材料中的相似。ETH教授安德烈·斯图达特（André Studart）研究小组的高级助理拉斐尔·利巴诺里（Rafael Libanori）说：“这意味着我们可以控制打印对象的纤维素微结构，以制造类似于生物系统的微结构材料，例如木材。”  吊钩可能支撑数公斤。图片：M. Hausmann/ETH/Empa 3D打印的零件仍然很小，可以说是实验室规模。但是，从定制包装到用于耳朵的软骨植入物，有许多潜在的应用。研究人员还根据人类模型印制了一只耳朵。在将这种产品用于临床实践之前，需要更多的研究，尤其是临床试验。这种纤维素技术也可能会引起汽车行业的兴趣。日本汽车制造商已经制造出一种跑车的原型，其车身部件几乎完全由纤维素基材料制成。  花瓶和软管喷嘴。图片：M. Hausmann/ETH/Empa (责任编辑：admin) |
