创新点
中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队通过光热两步固化方法，即先紫外固化辅助直书写成型再热固化，实现了高性能PDMS 3D打印，成功制备了PDMS晶格、蜂巢等结构以及微流体孔道等。
关键词
3D打印，PDMS，两步固化，墨水直书写，微流体
图1.3D打印PDMS紫外固化辅助直书写成型示意图，打印件力学性能、成型精度以及应用展示
聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有优异的柔弹性、透明性、流动性和生物相容性等优点，因此在微流体器件、柔性电子、微结构模板复制以及医学工程等方面得到了广泛的应用。近年来，3D打印PDMS因在自由设计、快速制造、高精度无模具成型等方面的优势而备受关注并发展迅速，但已报道的3D打印PDMS多数需设计合成新材料，且存在材料机械强度差、需溶剂辅助成型和/或后处理过程复杂等问题，实际应用性不佳。
针对这些问题，中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员课题组发展了一种通用的光热两步固化方法，实现了高精度PDMS结构件3D打印成型。研究人员以Sylgard 184硅橡胶为例，通过向其前驱体溶液中加入一定量的（≤20%）可光固化的甲基乙酰氧基丙基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物（M-PDMS）赋予其光固化能力；然后，使用紫外光辅助的直书写3D打印机，在墨水挤出的过程中边打印边紫外光照射使M-PDMS固化获得高精度的三维结构打印件；最后，将打印样品在120oC高温下热固化交联实现高性能PDMS结构件。研究表明，紫外光辅助固化直书写成形的线材具有优异的自支撑性，可形成最小直径在100μm以下线材的大跨度成形，并可层层堆积形成如空心圆柱体、晶格以及蜂巢结构等的打印件，而且所得PDMS打印件在热交联后具有优异的机械性能，其断裂强度和断裂伸长率分别为3.86 MPa 和123%，优于已报道的3D打印PDMS。研究人员采用同轴打印Sylgard 184制备的微孔道证明该方法可应用于微液体器件构筑等领域。更为重要的是，这种光热两步固化方法具有较好的普适性，可以实现其他硅橡胶材料包括人体硅胶、模具硅胶、灌封胶等的3D打印成型，因此在生物医疗、柔性电子、软机器人等领域具有应用潜能。
相关结果发表在Macromolecular Rapid Communication (DOI: 10.1002/marc.202000064)上，文章第一作者为姬忠莹和江栋。
