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記者1月29日從中國科學技術大學獲悉，該校工程科學學院機器人與智能裝備所李木軍副教授、近代力學系王柳特任教授與其他合作者合作，提出了一種原位雙重加熱(ISDH)策略，成功實現了對具有多種流變性質和功能特性的熱固性材料的墨水直寫(DIW)打印。相關研究成果日前發表在國際期刊《自然通訊》上。

熱固性材料在交聯后形成三維空間網絡結構，具有非常優異的力學性能和穩定性。近年來，熱固性材料在軟體機器人和柔性電子等領域扮演著愈發重要的角色。新型軟體機器人對復雜結構與功能性提出了更高的需求，面向其開發一種簡單、普適、廉價的熱固性材料制造方法具有重要的意義。然而，熱固性材料的3D打印仍然存在諸多限制，如固化原理、材料的流變性和成型效率等。

研究人員通過鄰接層快速加熱和焦耳加熱器加熱的雙重加熱方式，使得代表性的熱固性材料Sylgard184最快可以在2秒內固化，從而成功實現了未經改性的低黏度Sylgard184的直接3D打印，打印結構與模具鑄造結構的力學性能類似。通過采用不同直徑的噴頭，該方法的尺寸可擴展性得到了驗證，實現了120毫米的最大打印高度和50微米的分辨率。作者展示了一批具有不同性質的熱固性材料的原位雙重加熱打印，這些材料具有跨越五個數量級的動態黏度變化，包括牛頓流體、剪切變稀流體和屈服應力流體等。

這項研究還展示了原位雙重加熱打印豐富的功能性，包括打印多材料異質結構，以及不同含量的磁響應柔性結構，如柔性血管支架等。通過與“拾取和放置”(pick-and-place)工藝結合，原位雙重加熱打印還可以制造柔性電子設備。這些結果表明，原位雙重加熱打印在新興的軟體機器人、柔性電子等領域有著廣闊的應用空間。

(中國科大供圖)

關鍵詞： 熱固性材料 力學性能 相關研究 異質結構 可擴展性