研究员使用微流体技术开发基于液滴的3D打印技术-aau3d打印

aau讯（编辑卢晶）近日，加州大学戴维斯分校（UC Davis）的研究人员发表了一篇论文，详细介绍了由化学工程学助理教授Jianjian Wan领导的研究团队开发的使用微流体技术进行3D打印的新方法。

据悉，这项新技术使用基于液滴的多相微流体系统来高效地3D打印微调的柔性材料。它允许用户实时操纵挤出的油墨成分和性能，从而能够制造出具有不同成分和性能的各种功能结构。研究人员看到了该技术在软机器人、组织工程和可穿戴技术中的潜在应用。

研究员使用微流体技术开发基于液滴的3D打印技术

使用Wan Lab新的基于液滴的3D打印方法打印的材料

使用微流控技术开发基于液滴的3D打印新技术

研究人员解释说，尽管3D打印技术的目标可能是“无缝改变打印结构中的成分和功能特性”。但是，大多数用于基于挤出打印的油墨在成分上都是静态的，并且动态调整油墨成分的可用方法仍然很少。”

实际上，使用传统的基于挤出的3D打印技术，材料被推过喷嘴，然后逐层重复地添加到结构中，直到完成产品。尽管这是一种高效且具有成本效益的方法，但它很难打印由多种材料制成的结构，难以获得适量的柔软度对研究人员来说可能是一个具有挑战性的过程。

因此，Wan的研究小组寻求创建一种基于挤出的3D打印方法，该方法允许在打印时使用液滴夹杂物调制挤出的墨水。研究人员注意到，在基于挤压的3D打印机中使用的喷嘴类似于该团队一直在研究的玻璃毛细管微流体设备。这些设备相互之间使用多个喷嘴，当研究人员意识到它可以适合3D打印并用作打印头。“大多数基于挤出的3D打印机使用非常简单的喷嘴，并且由于我们已经开发了这些玻璃微流体设备，我们认为，‘为什么不将其应用于3D打印？’”Wan解释说。

Wan的团队开发了一种设备，该设备使用多相滴注系统将聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液（PEGDA）的液滴封装在一种称为聚二甲基硅氧烷（PDMS）的硅基有机聚合物中。 PDMS在滴头周围流动，产生PEGDA的细小液滴，然后当两种材料在制造时都注入到3D打印结构上时，将其均匀地插入PDMS。

最终结构被描述为看起来像“吃豆人迷宫”，其上有被PDMS围绕的PEGDA小滴点。 PEGDA从液滴中扩散出来后，会干扰PDMS的聚合过程，导致材料软化并使结构更柔韧。

Wan的研究小组还证明，基于液滴的3D打印方法可用于生产带有封装的聚合物颗粒和金属液滴的柔性多孔结构。此外，可以通过改变液滴的大小和流速来改变结构的柔韧性。这为研究人员提供了广泛的选择，通过设计他们的材料结构并针对预期应用改变灵活性，而这是基于标准喷嘴的方法所难以做到的。

“通过改变液滴的空间分布（包括水性和液态金属液滴），可以原位调整3D打印结构的机械特性，”该论文的作者解释道。

研究员使用微流体技术开发基于液滴的3D打印技术

在PDMS中对水滴进行原位分散和3D打印

3D打印中的微流体

微流体学通常是指在尺寸为数十微米的通道中进行流体处理的技术。基于微流体技术的3D打印并不是一个新概念，利用该技术的各种系统和流程都可以使用。如在2019年，欧洲研究人员对3D打印微流体应用进行了评论，他们指出：“最终将允许创建新一代的越来越智能、反应迅速和自主的设备，它们能够以复杂的方式感知和作用于环境，减少了人工干预。”

例如，新加坡科技设计大学（SUTD）的Soft Fluidics Lab于2019年8月开发了一种简单的方法来对3D打印微流体设备进行集成，该设备与流体处理和功能组件集成在一起。

此外，在2018年3月，来自纽约基因组中心（NYGC）和纽约大学（NYU）的研究人员创建了一种开源的3D打印液滴微流控仪器。该设备代表了一种便宜、可访问的技术，用于识别和靶向正确的细胞以治疗类风湿关节炎（RA）等疾病。

目前，题为“使用可编程的液滴夹杂物按需调制3D打印弹性体”的论文已发表在美国国家科学院院刊（PNAS）中。

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研究员使用微流体技术开发基于液滴的3D打印技术