Carbomer 是一种交联的丙烯酸高分子聚合物,Carbomer 作为 3D 打印内部支撑材料的机理 ,为了进一步证明Carbomer的高效性和打印性能的优异性,我们用0.5%(w/v)含量Carbomer的胶体3D打印了几种结构,即墨水中含有99.5%的水。图a为两端距离为10mm的Carbomer胶体梁。结果表明,基于Carbomer的墨水在离开喷嘴后能迅速从“液体”状态转变为“固体”状态,使得具有屈服强度的凝胶挤出丝能在空气中保持形状。图b和c展示了3D打印的水凝胶金字塔和半球,通过对比原模型的尺寸可以看出3D打印水凝胶结构的保真度较高。
3D 打印 99.5%的含水量的水凝胶结构,包括一个(a)直径 300μm、跨度10mm 的水凝胶纤维、(b)金字塔、(c)半球和(d)空心立方体。
该空心立方体的高度至少在 1 小时内没有变化。
此外,图d展示了一个外边长为10mm,内边长为5mm的空心立方体。结果表明,由于该打印墨水具有高屈服应力,甚至连内部中空的结构都能被打印,并且打印结构可以保持其形状至少一小时,该时间足够进行水凝胶后续的交联聚合(图d(iv))。如果需要打印更为精细、体积更大的结构,Carbomer的含量需要适当提高。2.0% (w/v)含量的Carbomer墨水用于打印水凝胶支架结构(图e)和具有沟回的人脑模型(图f)。因为Carbomer含量越高,粘度就越大,屈服应力也越大。适当的粘度可以抑制表面张力,避免水凝胶挤出丝之间的合并。
3D 打印 2%含量的 Carbomer 胶体:(e)水凝胶支架和(f)部分具有沟回结构的人脑模型。
(所有的比例尺均为 500μm)
从图e中的显微放大图中可以清楚观察到下面一层的凝胶丝能够很好的支撑上面一层的凝胶丝。较大的屈服应力可以提高水凝胶墨水在大体积结构中的承载力。图f为沟回明显的人脑模型。160μm直径的喷嘴用于确保这个结构的高精度,而高含水且均匀的水凝胶墨水确保喷头在两小时的打印过程中不堵塞。