水凝膠材料是一種親水網(wǎng)絡(luò)的聚合物，其中含有大量水分。水凝膠更多應(yīng)用在需要承受大的變形的環(huán)境中。制造水凝膠產(chǎn)品的常用技術(shù)為模塑和鑄造，然而這些技術(shù)難以制造具有復(fù)雜幾何形狀的水凝膠產(chǎn)品。

     材料科學(xué)家們一直在探索水凝膠的3D打印工藝，以便解決目前水凝膠產(chǎn)品制造時(shí)存在的不足，但實(shí)現(xiàn)高分辨率的水凝膠3D打印是具有難度的。新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）和耶路撒冷希伯來大學(xué)（HUJI）的研究團(tuán)隊(duì)在這方面取得了一些進(jìn)展。

拉伸性與實(shí)現(xiàn)高分辨率3D打印
    新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)和耶路撒冷希伯來大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種適合用基于UV 光固化工藝的DLP 3D打印技術(shù)進(jìn)行制造的水凝膠材料, 在軟體機(jī)器人制造、透明觸摸面板制造，柔性電子設(shè)備和醫(yī)療器械制造中具有應(yīng)用潛力。

      研究團(tuán)隊(duì)自行開發(fā)的高效水溶性TPO納米顆粒作為光引發(fā)劑與基于丙烯酰胺-PEGDA（AP）的水凝膠前體混合來制備水凝膠溶液。 TPO納米粒子使AP水凝膠可UV固化，可作為DLP 3D打印技術(shù)的打印材料，制造具有高分辨率和高保真度（高達(dá)7μm）的復(fù)雜水凝膠3D結(jié)構(gòu)。例如，制造醫(yī)療產(chǎn)品和柔性電子器件。

這款水凝膠材料還由一個(gè)顯著的特點(diǎn)為良好的可拉伸性，研究團(tuán)隊(duì)表示，3D打印水凝膠樣品可以拉伸超過1300％。

       研究團(tuán)隊(duì)還表示，這種水凝膠材料可以與商業(yè)3D打印彈性體形成強(qiáng)大的界面粘合，直接用于水凝膠 – 彈性體混合結(jié)構(gòu)的3D打印。該技術(shù)的應(yīng)用方向包括制造柔性電子板，其上印有彈性體基質(zhì)的導(dǎo)電水凝膠電路。論文“Highly stretchable hydrogels for UV curing based high-resolution multimaterial 3D printing”，發(fā)表至Journal of Materials Chemistry B 期刊。

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    水凝膠是優(yōu)良的生物相容性材料, 該材料其中一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是組織工程。水凝膠的高含水量使得這類材料具有模仿自然組織的靈活性。然而，靈活性也帶來了局限性，水凝膠通常強(qiáng)度不夠，容易變形，也很難支持如膝蓋這樣的承重關(guān)節(jié)，并且由于凝膠的低粘度和膠凝溫度范圍大，這樣的材料難以實(shí)現(xiàn)精確的3D打印。

      美國德克薩斯理工大學(xué)和德克薩斯農(nóng)機(jī)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)曾在這方面進(jìn)行過研究。研究人員通過添加海藻酸鈉將超硬瓊脂雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠進(jìn)行精確地打印。海藻酸鈉不僅增加打印材料的粘度，同時(shí)也提高了其流變特性以及對加工精度的控制。

材料中添加的海藻酸鈉使水凝膠材料更據(jù)靈活性和強(qiáng)度，使得3D打印水凝膠可以達(dá)到類似于人體自然組織的生物材料性能，可用于替代那些遭受運(yùn)動損傷或其他外傷的承重部位如膝蓋軟骨，減少關(guān)節(jié)置換的需要。

來源 ：3d打印網(wǎng)

編輯：董強(qiáng)