光固化3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用在制造、醫(yī)療,、能源,、生物醫(yī)學(xué)、藝術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域,。然而，光固化樹脂在打印過程中的結(jié)構(gòu)收縮和翹曲現(xiàn)象限制了其在高精度領(lǐng)域的應(yīng)用。目前商用3D打印光敏樹脂結(jié)構(gòu)的體積收縮率高達(dá)10%,，尺寸偏差超過0.1%。因此,，開發(fā)一種簡單,、高效且通用的策略來提高光固化3D打印的精度和結(jié)構(gòu)保真度，是該領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn),。

近日,，受水母體內(nèi)微型氣囊獨(dú)特的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系的啟發(fā)，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）生物材料中心梁翔禹團(tuán)隊(duì),，聯(lián)合南方科技大學(xué)和中國計(jì)量大學(xué)合作在Cell子刊《細(xì)胞報(bào)告物質(zhì)科學(xué)(Cell Reports Physical Science, CRPS)》上發(fā)表文章“High-precision 3D printing by deploying expandable microspheres（通過可膨脹微球?qū)崿F(xiàn)高精度3D打?。保撗芯刻岢隽艘环N通過在光敏樹脂中引入熱膨脹微球來提高光固化3D打印精度的新策略,。該策略通過在光固化過程中利用微球的熱膨脹特性,，有效補(bǔ)償了結(jié)構(gòu)收縮，顯著提高了打印件的尺寸精度和結(jié)構(gòu)保真度（如圖1所示）,。采用該方法可將光固化3D打印成品的體積收縮率降至3.98%以下,，同時(shí)提高精度，尺寸偏差僅為0.035%,。此外,，該方法并未影響材料的機(jī)械性能，擴(kuò)展了其原有的應(yīng)用場景,。

圖1 | 高精度光固化3D打印策略的仿生設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),，熱膨脹微球構(gòu)效特性及優(yōu)異的綜合性能（收縮率、翹曲率,、機(jī)械強(qiáng)度,、打印適性）

為了驗(yàn)證該3D打印策略優(yōu)異的綜合性能，研究人員打印了多種復(fù)雜3D模型并進(jìn)行了測試,。相對于傳統(tǒng)光固化方案,，熱膨脹微球的加入不僅有效地抑制了模型的收縮與翹曲（如圖2所示），從而顯著提高了結(jié)構(gòu)保真度,，同時(shí)不犧牲原有的如抗拉伸性,、抗壓縮性和抗彎曲性等機(jī)械性能,，還具有成本效益等優(yōu)勢。此外,，研究人員采用熱彈性模擬（體積變化,、內(nèi)部應(yīng)力及分布）印證了實(shí)驗(yàn)所揭示的提高3D打印精度的設(shè)計(jì)策略：通過微球膨脹補(bǔ)償光固化收縮，達(dá)到機(jī)械穩(wěn)定性與高精度的平衡,。這種方法代表了一種提高 3D打印領(lǐng)域制造精度的通用策略,，在機(jī)器人、可穿戴電子設(shè)備,、先進(jìn)設(shè)備等精密制造領(lǐng)域開辟了開拓了廣闊的應(yīng)用前景,。

圖2 | 不同模型通過部署膨脹微球提高光固化3D打印精度。

該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院“優(yōu)秀青年英才”計(jì)劃,、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程聯(lián)合攻關(guān)重大專項(xiàng),、廣東省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、湖南省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,、深圳市優(yōu)秀創(chuàng)新科技人才項(xiàng)目（博士啟動）,、深圳市和大鵬新區(qū)博士后出站科研資助等經(jīng)費(fèi)支持。

原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(24)00391-6