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凝胶3D打印工艺的研究情况介绍

更新时间: 2020-01-17 11:38:10  查看次数: 149    

影响凝胶打印成型的参数有许多,主要有气压、打印速度、打印高度、沉积平台温度这五个参数,其中气压这一打印参数是最重要的。气压和打印高度影响凝胶点成型,在平面上影响凝胶成型的参数是气压、打印速度、打印高度,而在垂直高度上,主要的影响因素是沉积平台的冷却温度。线结构是凝胶3D打印的基本组成单元,研究其成型具有重要意义。精确控制凝胶线结构的沉积位置、尺寸精度是打印3D凝胶结构的基础。而且在二维平面中控制每层材料的用量,这在组织工程中的筛要或共培养应用中都具有重要意义。凝胶的3D结构打印是在掌握凝胶二维点、线成型的良好成型工艺基础上,材料层层堆积获得的。每个二维平面能够控制材料沉积量,尺寸状精度及平面平整化之后,3D结构的精确成型就容易许多。


从本质上,气压影响的是凝胶在单位时间内的挤出量,与点结构成型不同的是,凝胶线结构成型是一个连续的过程,其材料挤出量要比点结构大很多。打印高度影响的是凝胶线结构沉积的位置精度。凝胶是一种软材料,有明显的流动性和滞后性,喷头的运动位置点和凝胶材料的沉积点之间会有时间差,不合理的时间差会导致凝胶线结构成型失败。

一个3D结构的打印,其层高参数往往是在控制软件中设置好的,这使得喷头在打印过程中的上升高度是统一的。但是随着打印结构高度的增加,冷却温度传递速度变慢,在垂直平面上的分布是有差异的,上层凝胶的凝固速度下降,结构精度受到较大的影响,而且每层的厚度不均一。为了较好地解决这个问题,对层高参数进行了优化。设计了层高修补的优化实验,即每隔10层,凝胶的打印距离下降0.2mm,这也是根据多次实验经验所得的参数。


通过显微镜拍摄的凝胶3D结构层高照片可以发现,用方式来优化层高参数确实对结构精度有改善作用。层离优化前凝胶层堆积的厚度杂乱无章、粗细不勾,平面度误差大,容易发生扩散、坍塌现象。而层高优化后的凝胶层堆积厚度比较均一,凝胶成型比较稳定。在3D结构当中,这样的优化在一定程度上起到了提高精度的作用。


所有的打印参数和优化方法试验,都是为了提高3D凝胶打印的结构精度,控制材料沉积的位置和量,达到精确控形的目的。结合上述所有研究成果,综合设置各个打印参数,采用有效的路径优化方法,打印了符合预期精度的3D凝胶结构。



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