软材料在3D打印中实现强韧粘接(2)

唐敬达等人分别制备了水凝胶和弹性体预聚体，采用本体处理方式，将联接引发剂溶于弹性体材料中。然后分别调节弹性体预聚液和水凝胶预聚液的粘度，将两者以任意顺序3D打印在一起，紫外引发聚合反应，使水凝胶和弹性体材料在打印过程中实现粘接，形成具有强韧粘接的水凝胶/弹性体复合体。

该方法不同于常规的表面改性，采用本体改性的策略，打印试样的粘接能可达5000J/m2以上。

为测试粘接效果，研究人员分别打印了有粘接、无粘接复合栅格结构并对其进行压缩。有粘接的试样经受巨大压缩仍不破坏，而未采取粘接策略的试样完全不能承载。此外，研究人员发现，使用普通凝胶打印则会发生拉伸断裂和溶胀断裂。由此可见，形成稳定的亲疏水结构既需要良好的粘接，也需要强韧的基体材料。

由于水含量较高，水凝胶与其他软物质的粘接效果不是很好。“该研究利用引发剂，以共价键的形式将水凝胶和弹性体粘接，固化了二者之间的粘接，实现了强韧的粘接效果，是一项有意思的创新技术。”毛贻齐说。

粘接技术服务3D打印应用广泛

软材料3D打印在医学中的应用尤其广泛，可打印出心脏、血管等生物仿体。唐敬达举例介绍，很多医学生或实习医生在初始阶段对人体结构并没有完善的认知，利用3D打印的器官仿体，可以对他们进行培训教学，帮助他们形成较准确的感官认识。这对他们技术、技能的提高大有裨益。

毛贻齐认为，亲疏水材料的结合为软结构的3D打印提供了一种通用的解决方案，该粘接技术适用于多种水凝胶和弹性体的强韧粘接打印，可以发散性地应用到很多领域。如可拉伸器件、功能器件的驱动制备等。

唐敬达表示，该软材料3D打印强韧粘接技术不局限应用于水凝胶/弹性体的粘接，或许还可以拓展到形状记忆聚合物与水凝胶的粘接。利用形状记忆聚合物这种智能材料，可以通过3D打印机，实现4D打印。

“例如打印平面结构时，给予一个刺激（热刺激或电刺激），这个平面就可以从二维结构变成三维结构。以此类推，三维结构也能变成另外一个复杂的结构，这就叫4D打印。”唐敬达解释，“换句话说，在3D打印的基础上，加上时间的因素，给予刺激后，智能材料可以从一个形状变成另外一个形状，实现4D打印。”

与3D打印相比，4D打印更为智能 ，它不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物，还可以改变传统的工业打印。与此同时，4D打印对打印材料也有更高要求。

基于此，研究人员利用该粘接技术，进一步打印了花朵、蝴蝶、章鱼形状的复合结构，实现了具有溶胀响应的4D打印。“因此，该粘接技术在4D打印领域将具有更大的发展前景。”唐敬达说。