近日，MIT的研究人員開(kāi)發(fā)出了用乙酸纖維素（具有減少數(shù)量的氫鍵的纖維素材料）進(jìn)行3D打印的技術(shù)。與其他形式的纖維素不同的是，乙酸纖維素可以溶解在丙酮中并通過(guò)3D打印機(jī)的噴嘴擠出。

纖維素，紙的主要成分，是世界上最豐富的有機(jī)聚合物。它是可再生的和可生物降解的，容易采購(gòu)，并且價(jià)格非常便宜。在此基礎(chǔ)上，有人提出了為什么沒(méi)有更多的人試圖用3D打印呢？雖然許多科學(xué)家試圖這樣做，但大多數(shù)科學(xué)家面臨一個(gè)主要障礙：纖維素在加熱時(shí)熱分解，在其變得可流動(dòng)并因此可印刷之前將其元素分離。另一方面，高濃度纖維素溶液通常太粘稠而不能擠出。幸運(yùn)的是，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了使用纖維素進(jìn)行3D打印的不同方法。

乙酸纖維素，其用于攝影、油漆生產(chǎn)和眼鏡框架的制造，作為商品被廣泛采用，并且可以保持使用纖維素進(jìn)行3D打印的關(guān)鍵。由于存在乙酸酯基團(tuán)，該材料具有較少的氫鍵，并且可以溶解在丙酮中并通過(guò)噴嘴擠出。當(dāng)丙酮蒸發(fā)時(shí)，乙酸纖維素保持固體就位。令人印象深刻的是，麻省理工學(xué)院的研究人員甚至找到了一種方法來(lái)恢復(fù)3D打印發(fā)生后缺失的氫鍵。

“3D打印后，我們通過(guò)氫氧化鈉處理恢復(fù)氫鍵網(wǎng)絡(luò)，”纖維素3D打印研究論文第一作者、MIT博士后Sebastian Pattinson解釋道。“我們發(fā)現(xiàn)，我們獲得的部件的強(qiáng)度和韌性比許多常用材料大。這些材料包括ABS、PLA和其他3D打印材料。”

由于3D打印的乙酸纖維素采用油墨的形式，研究人員還能夠修改該解決方案以創(chuàng)建功能多樣的印刷對(duì)象。例如，通過(guò)向3D打印解決方案添加抗微生物染料，他們能夠3D打印一對(duì)具有抗菌功能的手術(shù)鑷子。這些3D打印的鑷子在熒光燈的存在下殺死細(xì)菌，研究人員認(rèn)為它們可以用于在遠(yuǎn)程醫(yī)療環(huán)境中提供新工具。

這種纖維素在3D打印過(guò)程中的主要優(yōu)點(diǎn)之一是其速度。由于乙酸纖維素不需要加熱就可以擠出，因此消除了3D打印工藝中的主要步驟。此外，某些調(diào)整可使3D打印技術(shù)更快：鋪設(shè)薄帶狀材料以使表面積最大化，或在3D打印部件上吹熱空氣以加速蒸發(fā)過(guò)程。研究人員還考慮開(kāi)發(fā)回收蒸發(fā)的丙酮的系統(tǒng)，使得該方法更具成本效益，并有益于環(huán)保。

“纖維素是世界上最豐富的有機(jī)聚合物，只需一個(gè)因素，就可以使纖維素3D打印技術(shù)成為一個(gè)非常有吸引力的商業(yè)解決方案。”P(pán)attinson說(shuō)。據(jù)悉，標(biāo)題為“Additive Manufacturing of Cellulosic Materials with Robust Mechanics and Antimicrobial Functionality”的研究論文已經(jīng)發(fā)表在Advanced Materials中。Pattinson與麻省理工學(xué)院的John Hart一起撰寫(xiě)了此論文。

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