臺灣研究人員配制出自愈玻璃，可作為3D打印支撐介質(zhì)

2020年5月13日，南極熊從外媒獲悉，來自臺灣國立中央大學的研究人員開發(fā)出了一種抗紫外線和耐熱的自修復乳狀玻璃。其特性使這種液態(tài)固體（LLS）材料成為一種完美的支撐介質(zhì)，可將紫外線和熱固化油墨（又名樹脂）直接 "3D寫入 "其中，并獨立于周圍的LLS固體。

△這種液態(tài)玻璃經(jīng)過了一系列的機械測試，以確定其是否適合作為支撐介質(zhì)，照片由國立中央大學提供

類液態(tài)固體和“3D書寫”

據(jù)研究人員稱，LLS材料可作為液體油墨的堅固支撐介質(zhì)。在油墨凝固時使用它們來固定油墨，有助于保持預期的幾何形狀。如果沒有支撐介質(zhì)，重力和墨水的表面張力將導致液體不穩(wěn)定。

例如，PDMS是一種彈性體，具有生物相容性、無毒和光學清潔性，這使得它在潤滑劑和消泡劑中非常有用。盡管具有紫外光和熱固化性，但由于其預聚物粘度極低，固化時間長，其應(yīng)用主要限于流體形式。因此，就其自身而言，它無法長時間保持所需的3D形狀，因此很難進行3D打印。最近，這個問題已經(jīng)得到了解決，將液態(tài)PDMS寫入LLS保溫介質(zhì)中，懸浮后固化，就可以解決這個問題。

自愈乳膠玻璃

為了開發(fā)下一代支撐介質(zhì)，研究小組首先將一種特殊配方的硅油與山梨醇和水混合，形成水溶液。他們從中提取出一種 "穩(wěn)定的乳狀玻璃"，并將其作為實驗支撐介質(zhì)。

△逐步混合制造乳膠玻璃的示意圖

該團隊選擇使用PDMS彈性體作為墨水，將其3D寫入乳化玻璃中并固化。3D寫入裝置是一個噴嘴直徑為1.83mm的注射器泵。

3D結(jié)構(gòu)被建模并寫入乳化玻璃樣品中，用熱和紫外光固化，以證明玻璃作為支撐介質(zhì)的適用性。在紫外光固化過程中，使用365納米的紫外燈照射60秒，而在熱固化過程中，將乳化玻璃樣品在100℃的烤箱中加熱1小時。即使經(jīng)過六次紫外線和熱曝光后，乳化玻璃仍保持了其結(jié)構(gòu)的完整性，使其具有抗紫外線和耐熱性。

3D打印的PDMS螺旋結(jié)構(gòu)，圖片來源：國立中央大學

研究人員還認為，水基體中密密麻麻的油滴結(jié)構(gòu)使玻璃具有了極強的彈性。這轉(zhuǎn)化為一種 "自我修復 "能力，在玻璃上打出的任何孔洞或切口都會自動關(guān)閉。

關(guān)于這項研究的更多細節(jié)，請參見題為 "UV-resistant Self-healing Emulsion Glass as a New Liquid-like Solid Material for 3D Printing"的論文。該論文的共同作者是Ssu-Wei Hu, Pin-Jung Sung, Thao Phuong Nguyen, Yu-Jane Sheng以及Heng-Kwong Tsao。

乳化玻璃的配方和檢測，圖片來源：國立中央大學

在臺灣科學家利用玻璃輔助3D打印過程中，一些研究人員更進一步，開發(fā)出了可3D打印的玻璃。去年年底，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH Zürich）的一組科學家利用改性樹脂和DLP 3D打印技術(shù)3D打印出了玻璃結(jié)構(gòu)。打印出來的玻璃零件具有很高的空間分辨率和多種氧化物的化學成分。

編譯自：3dprintingindustry