有機硅彈性體對熱、化學試劑、風化、臭氧、濕氣和紫外線輻射等環(huán)境極為耐受，因此被廣泛用于制造電子設(shè)備、汽車、飛機和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品。有機硅彈性體在醫(yī)療設(shè)備中使用多年，其應(yīng)用包括嵌入式傳感器、柔性電子設(shè)備、軟機器人等。

有機硅結(jié)構(gòu)可以通過使用傳統(tǒng)技術(shù)（如模塑）或先進技術(shù)如軟光刻和3D打印制造。然而，由于液態(tài)有機硅預(yù)彈性體的界面行為帶來的挑戰(zhàn)，?3D打印的有機硅通常質(zhì)量不佳。這些挑戰(zhàn)可以通過使用嵌入支撐材料來部分解決，該材料在平移打印噴嘴周圍流動，同時將沉積的墨水捕獲在空間中，從而為打印結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定性。然而，即使在這樣的穩(wěn)定條件下，打印油墨與其支撐介質(zhì)之間的界面張力也會在打印結(jié)構(gòu)固化之前導致其變形和破裂。用添加劑改性有機硅墨水可以使3D打印結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，但使用未改性的有機硅油墨進行3D打印仍未得到研究。在不修改油墨的情況下實現(xiàn)高質(zhì)量有機硅3D打印的一種途徑是通過使用化學性質(zhì)與其穩(wěn)定油墨相似的支撐材料來消除界面張力的破壞作用。因此，迫切需要開發(fā)化學性質(zhì)類似于聚（二甲基硅氧烷）(PDMS) 油墨的支撐材料。

來自佛羅里達大學的研究人員開發(fā)了一種可3D打印精確、復(fù)雜精細結(jié)構(gòu)PDMS有機硅彈性體的方法，其利用了在與有機硅油墨接觸時具有不明顯界面張力的支撐材料。研究人員將該方法稱為超低界面張力增材制造?(AMULIT)，支撐材料是一種填充的反相乳液，由硅油連續(xù)體中的液滴組成。相關(guān)研究成果于3月23日發(fā)表于Science雜志。

研究人員發(fā)現(xiàn)，支撐材料和墨水之間的超低界面張力能夠打印直徑小至 8μm的特征，通過調(diào)整這種支撐材料的彈性和流動特性實現(xiàn)了高性能打印，能夠制造如腦動脈瘤模型和功能性三葉心臟瓣膜這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。3D打印技術(shù)參考注意到，該團隊3D打印出的心臟瓣膜模型的功能表明這種結(jié)構(gòu)可能具有足夠的柔順性和耐用性。

3D打印腦動脈瘤模型

3D打印主動脈心臟瓣膜模型能泵送液體

通過使用幾種不同的商用油墨配方來打印各種結(jié)構(gòu)，研究人員證明了AMULIT技術(shù)不需要專門的墨水。通過機械測試，發(fā)現(xiàn)使用AMULIT生產(chǎn)的3D打印結(jié)構(gòu)比模制結(jié)構(gòu)更具可擴展性，并且同樣堅固；還發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)在宏觀尺度和微觀尺度粗糙度上具有光滑的表面質(zhì)量，這得益于墨水和支撐介質(zhì)之間的低界面張力。

總的來說，超低界面張力3D打印技術(shù)可用于制造與生物材料設(shè)計和手術(shù)模擬器相關(guān)的復(fù)雜硅膠結(jié)構(gòu)，并引入了擴展使用其他材料打印的可能性。

文章參考：

www.science.org/doi/10.1126/science.ade4441