2025年2月23日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校的研究人員開發(fā)出一種新方法，用于制造直徑小至1.5微米的超細(xì)纖維，為模仿生物纖維結(jié)構(gòu)提供了一種可擴(kuò)展的技術(shù)。這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上，劍橋大學(xué)、查普曼大學(xué)和弘益大學(xué)的研究人員也參與了這項(xiàng)工作。該技術(shù)被稱為快速溶劑交換3D打印（3DPX），能夠制造出長達(dá)數(shù)十厘米的纖維，有望在機(jī)器人技術(shù)、醫(yī)學(xué)和先進(jìn)材料領(lǐng)域得到應(yīng)用。
 

與傳統(tǒng)制造方法不同，3DPX技術(shù)通過溶劑交換實(shí)現(xiàn)擠出聚合物細(xì)絲的快速固化，克服了傳統(tǒng)方法在靈活性和高縱橫比方面的局限。該工藝的打印速度可達(dá)到5毫米/秒，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的彎月面引導(dǎo)打印技術(shù)。通過使纖維幾乎立即固化，可以有效避免毛細(xì)管效應(yīng)引起的斷裂，從而確保精細(xì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

工程師Mohammad Tanver Hossain指出：“在自然界中，許多絲狀結(jié)構(gòu)的直徑僅有幾微米。我們深知，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是可行的。”
 

3D打印超細(xì)纖維

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用5微米的噴嘴可以生產(chǎn)出直徑僅1.5微米的纖維，長寬比超過3400。研究人員對支撐凝膠的流變性以及聚合物成分進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，以確保在這一規(guī)模下的工藝穩(wěn)定性，證明了這項(xiàng)技術(shù)的可靠性。
 

    該技術(shù)還證明了它對多種材料的適用性，包括熱塑性彈性體、聚苯乙烯和聚氯乙烯（PVC）。他們甚至測試了含有碳納米管的聚合物納米復(fù)合材料，這對于電子和傳感器技術(shù)的應(yīng)用具有潛在價(jià)值。除了單根纖維，研究團(tuán)隊(duì)還成功地打印出了固定在彈性基底上的毛發(fā)狀陣列，直徑小于2微米，長度超過1500微米。這些陣列在觸覺傳感器、藥物輸送微針和微流體設(shè)備中具有重要應(yīng)用，它們從自然界中的傳感和粘附機(jī)制中獲得靈感。
 

可擴(kuò)展性是3DPX的另一個(gè)亮點(diǎn)。多噴嘴打印系統(tǒng)展示了同時(shí)制造多個(gè)結(jié)構(gòu)的能力，例如九噴嘴歧管可以并行產(chǎn)生相同的打印件。這種能力提升了在效率和精度同等重要的工業(yè)應(yīng)用中的生產(chǎn)效率。

團(tuán)隊(duì)還嘗試了線圈、螺旋線和彎曲的細(xì)絲，結(jié)果表明打印速度和凝膠的屈服應(yīng)力對細(xì)絲保持形狀的效果有直接影響。較高的屈服應(yīng)力值提供了更好的機(jī)械支撐，防止細(xì)絲在擠出過程中發(fā)生位移。較低的打印速度允許更可控的沉積，確保纖維緊密貼合預(yù)定軌跡。
 

與現(xiàn)有技術(shù)相比，3DPX技術(shù)在直接墨水書寫特征尺寸上創(chuàng)下了新紀(jì)錄。以前的嵌入式3D打印技術(shù)（例如使用可固化硅橡膠的技術(shù)）難以達(dá)到8微米以下的精度，而3DPX技術(shù)將此降至1.5微米。與電流體動(dòng)力（EHD）打印和氣溶膠噴射打印不同，后者通常速度較慢且需要外部支撐，3DPX技術(shù)則工作速度更快，并允許進(jìn)行自由形狀、無支撐打印。

當(dāng)然，任何研究都會(huì)面臨挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)指出，對于超高縱橫比纖維的打印后處理仍然具有挑戰(zhàn)性，進(jìn)一步改進(jìn)材料配方和支撐凝膠的性能有助于提高穩(wěn)定性。

Hossain指出，這種方法具有巨大的潛力，“因?yàn)槌��?xì)長纖維可以與功能材料結(jié)合，從而復(fù)制出受自然啟發(fā)的纖維結(jié)構(gòu)。”

(責(zé)任編輯：admin)

• Fabric8Labs推出AI芯片定
• Titomic又一合作，將與nuF
• 荷蘭公司將開設(shè)3D打印船舶
• Chicago Additive推出AMOS
• 590MHz帶寬+超90%輻射效率
• 威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工

• ·Fabric8Labs推出AI芯片定制冷板：3D打
• ·Titomic又一合作，將與nuForj 合作加速
• ·荷蘭公司將開設(shè)3D打印船舶制造工廠，采
• ·Chicago Additive推出AMOS 300，軍方FD
• ·590MHz帶寬+超90%輻射效率！北大深研院
• ·威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工程師利用 3D
• ·Nature子刊：利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)通過照片
• ·Axtra3D推出集成HPS工藝的純硅膠3D打印