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《3D & AM》3D打印声带:具有刚度梯度的新型功能性有机硅的开发

《3D & AM》3D打印声带:具有刚度梯度的新型功能性有机硅的开发

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-01-11 14:26
  • 访问量:

【概要描述】

《3D & AM》3D打印声带:具有刚度梯度的新型功能性有机硅的开发

【概要描述】

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2022年11月23日,美国杨百翰大学Scott L. Thomson等人在《3D Printing and Additive Manufacturing》发表题为Three-Dimensional Printing of Ultrasoft Silicone with a Functional Stiffness Gradient的研究论文,提出了创建具有功能刚度梯度的超软硅打印的方法。试验结果表明采用这一工艺所打印的模型能够承受严格的流动诱导振动,并表现出与以前的声带(VF)模型相当的振动特性。

原文链接:

https://doi.org/10.1089/3dp.2022.0218

  文章简介  

本研究提出了一种具有刚度功能梯度的超软有机硅3D打印方法。研究人员通过两个独立控制的挤压机将硅胶沉积到触变性的凝胶状硅油基支撑基质中。每个挤压机都含有不同的液态硅配方。在打印过程中,挤压速率可独立变化,组合性的选择性沉积材料包含不同比例的两种硅酮,从而可以对材料刚度进行局部控制。

本研究报道了验证该工艺的试验,包括均质立方样品的拉伸测试,以量化可打印的材料刚度范围。通过长方体样品的压痕测试表征打印的刚度梯度,以及进行合成多层声带(VF)模型的振动测试,以证明该方法可以应用于生物力学模型的制作,用于语音生产研究。立方体试件的拉伸弹性模量值在1.11 ~ 27.1 kPa之间,刚度变化为20倍以上。长方体样品显示出材料变化,可通过压痕测试进行视觉识别和量化。VF模型经受了严格的声压基流诱导振动,并表现出与先前模型相当的振动特性。总的来说,虽然工艺需要改进,但这些测试的结果证明了打印具有刚度梯度的超软硅胶的能力。

研究内容解读

具有空间刚度变化的硅酮部件是通过两个独立控制的挤压机(“A”和“B”),将uv固化的硅酮沉积到具有触变性的凝胶状硅油基支撑基质中来实现的。挤压机A和B包含未固化的液体硅酮,在固化条件下,不同材料可以固化到不同的刚度。在打印过程中,挤压速率独立变化,因为组合沉积材料含有不同比例的A和B,因此在A和B之间有不同的局部固化刚度。接着打印样品被固化后,从支撑基质中移除并清洗。

图1 声带(VF)模型

图2 定制双挤压机效果图

图3 EPI(左)和VSG(右)VF模型打印路径,灰度表示目标材料刚度,VSG模型的SLP层可以观察到材料的变化。

图4 (a) -10%和+50%应变之间的立方体拉伸测试图像。(b)混合立方体的应力与应变关系比例如图所示(每个单位三个立方体)。(c)对应的拉伸模量值(线性曲线拟合的斜率)与混合比的关系。

图5打印出n=11和45°方向(左列)、n=2和45°方向(中列)、n=2和90°方向(右列)打印的长方体。

图6 (上图):n=2(左下)和n=11(右上)长方体的压缩测试插图材料部分,圆点表示25个测试点。

图7 (a-e)打印的EPI模型,分别用红色和蓝色染料分别对应体层和SLP层(无上皮层)。

图8在无张力状态下,所有EPI和VSG VF模型的起始压力、频率和最大声门宽度(顶部)和张力(底部)。

——END—— 

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