臺(tái)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(lái)自臺(tái)灣國(guó)立中央大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種抗紫外線和耐熱的自修復(fù)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(shù)脂）直接 "3D寫入 "其中，并獨(dú)立于周圍的LLS固體。

△這種液態(tài)玻璃經(jīng)過(guò)了一系列的機(jī)械測(cè)試，以確定其是否適合作為支撐介質(zhì)，照片由國(guó)立中央大學(xué)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(jiān)固支撐介質(zhì)。在油墨凝固時(shí)使用它們來(lái)固定油墨，有助于保持預(yù)期的幾何形狀。如果沒(méi)有支撐介質(zhì)，重力和墨水的表面張力將導(dǎo)致液體不穩(wěn)定。

例如，PDMS是一種彈性體，具有生物相容性、無(wú)毒和光學(xué)清潔性，這使得它在潤(rùn)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(yù)聚物粘度極低，固化時(shí)間長(zhǎng)，其應(yīng)用主要限于流體形式。因此，就其自身而言，它無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持所需的3D形狀，因此很難進(jìn)行3D打印。最近，這個(gè)問(wèn)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(gè)問(wèn)題。

自愈乳膠玻璃

為了開(kāi)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(shí)驗(yàn)支撐介質(zhì)。

△逐步混合制造乳膠玻璃的示意圖

該團(tuán)隊(duì)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(gè)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(guò)程中，使用365納米的紫外燈照射60秒，而在熱固化過(guò)程中，將乳化玻璃樣品在100℃的烤箱中加熱1小時(shí)。即使經(jīng)過(guò)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(lái)源：國(guó)立中央大學(xué)

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

關(guān)于這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見(jiàn)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(cè)，圖片來(lái)源：國(guó)立中央大學(xué)

在臺(tái)灣科學(xué)家利用玻璃輔助3D打印過(guò)程中，一些研究人員更進(jìn)一步，開(kāi)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(xué)院（ETH Zürich）的一組科學(xué)家利用改性樹(shù)脂和DLP 3D打印技術(shù)3D打印出了玻璃結(jié)構(gòu)。打印出來(lái)的玻璃零件具有很高的空間分辨率和多種氧化物的化學(xué)成分。

編譯自：3dprintingindustry