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3D打印水凝胶未来深入开展的研究分析

更新时间: 2021-08-05 09:42:35  查看次数: 295    
以3D打印水凝胶以及描述打印水凝胶的力学行为为主要目的,提供了两种新的水凝胶打印方法,并发展了水凝胶各向异性溶胀模型。然而,工作仍然有一些不足之处,值得进一步研究。未来需要深入开展的研究工作包括:

(1)提出的基于墨水直写的3D打印方法有着很好的实际运用潜力,特别是生物医疗领域。虽然,利用打印的水凝胶培养皿进行了细胞培养,但只是为了证明打印材料的生物相容性,没有探究更为具体的生物医疗应用。今后可以利用该方法进行一些深入的生物医疗研究,包括细胞组织的培养、组织替代品的打印以及生物器件设计与制造。

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(2)提出的基于数字光处理的水凝胶多材料打印技术实现了水凝胶与其它多种聚合物的3D打印,但是其它聚合物的适用范围暂时为可紫外固化的(甲基)丙烯酸酯聚合物。虽然丙烯酸酯聚合物的种类有许多,但是终究不是更为通用的多材料打印。因此适用于水凝胶3D打印的、具有普适性的粘接方法仍需要深入研究。

(3)发展了水凝胶各向异性溶胀的本构模型,并在模型中引入了一个分散系数,用来表示各向异性的程度和墨水直写挤出的水凝胶中纤维的分布。虽然本文根据理论推导出来纤维分布的形式,但是本文只有定性的实验现象,并没有具体的实验结果来反应真实的纤维分布情况,因此今后可以利用更合适的实验方法来表征真实的纤维排布。

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(4)发展的水凝胶各向异性溶胀模型中,采用了新的自由能函数来描述各向异性纤维的力学贡献。但该模型是一个唯象模型,没有从物理意义的角度出发解释纤维的力学行为。因此今后可以发展具有物理意义的本构模型来描述水凝胶中纤维的力学贡献。

(5)利用自搭建的DLP多材料3D打印系统,实现了水凝胶与其他可紫外固化聚合物的多材料3D打印。利用水凝胶与刚性聚合物的多材料打印,在水凝胶中打印刚性结构来提高力学性能,并且还可以利用3D打印的高自由度设计与制造,调整刚性结构的局部构造来制造具有梯度的水凝胶复合结构;将水凝胶和形状记忆聚合物打印在一起,既能给水凝胶带来了形状记忆功能,又能给形状记忆聚合物带来了水凝胶的优势;将导电水凝胶和弹性体打印才一起,弹性体既能防止水凝胶失水,也能作为介电层,为实现柔性电子设备的材料-结构-功能一体化提供有效的途径。