蘭州化物所在高性能3D打印PDMS研究方面獲進(jìn)展

來源：蘭州化學(xué)物理研究所

聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有優(yōu)異的柔彈性、透明性、流動性和生物相容性等優(yōu)點，因此在微流體器件、柔性電子、微結(jié)構(gòu)模板復(fù)制以及醫(yī)學(xué)工程等方面得到了廣泛應(yīng)用。近年來，因在自由設(shè)計、快速制造、高精度無模具成型等方面的優(yōu)勢，3D打印PDMS研究備受關(guān)注且發(fā)展迅速。

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王曉龍團(tuán)隊，近期發(fā)展了一種通用的光熱兩步固化方法，實現(xiàn)了高精度PDMS結(jié)構(gòu)件3D打印成型。如圖1所示，研究人員以Sylgard 184硅橡膠為例，通過向其前驅(qū)體溶液中加入一定量的（≤20%）可光固化的甲基乙酰氧基丙基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物（M-PDMS）賦予其光固化能力；然后，使用紫外光輔助的直書寫3D打印機(jī)，在墨水?dāng)D出的過程中邊打印邊紫外光照射使M-PDMS固化獲得高精度的三維結(jié)構(gòu)打印件；最后，將打印樣品在120oC高溫下熱固化交聯(lián)實現(xiàn)高性能PDMS結(jié)構(gòu)件。

圖：紫外固化輔助直書寫3D打印PDMS示意圖及打印件力學(xué)性能、成型精度以及應(yīng)用展示

研究表明，紫外光輔助固化直書寫成形的線材具有優(yōu)異的自支撐性，可形成最小尺寸在100μm以下的大跨度結(jié)構(gòu)，并可層層堆積形成如空心圓柱體、晶格以及蜂巢結(jié)構(gòu)等的打印件，而且所得PDMS打印件在熱交聯(lián)后具有優(yōu)異的機(jī)械性能，其斷裂強度和斷裂伸長率分別為3.86 MPa 和123%，優(yōu)于已報道的3D打印PDMS。研究人員采用同軸打印Sylgard 184制備的微孔道證明該方法可應(yīng)用于微液體器件構(gòu)筑等領(lǐng)域。更為重要的是，這種光熱兩步固化方法具有較好的普適性，可以實現(xiàn)其他硅橡膠材料包括人體硅膠、模具硅膠、灌封膠等的3D打印成型，因此在生物醫(yī)療、柔性電子、軟機(jī)器人等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛能。

以上工作近期在線發(fā)表在Macromolecular Rapid Communication (DOI: 10.1002/marc.202000064)上，相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)研究重點項目和“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目的資助。