來自高分子創(chuàng)新研究所（MII），科學(xué)學(xué)院和工程學(xué)院的弗吉尼亞理工學(xué)院跨學(xué)科研究小組共同努力，提出了一種3D打印膠乳橡膠的新穎方法，獲得美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation）獎。弗吉尼亞理工大學(xué)還與米其林北美公司合作進行了該項目。

來自Timothy Long和Christopher Williams研究小組的化學(xué)家和機械工程師在該項目上進行了合作。

化學(xué)教授兼首席研究員蒂莫西·朗（Timothy Long）說：“我的理念是，只有與與自己截然不同的人合作時，才能實現(xiàn)這些類型的創(chuàng)新。該項目代表了跨學(xué)科研究的典型例子。如果沒有其他實驗室，我們兩個實驗室都無法實現(xiàn)這一目標(biāo)。”

橡膠狀彈性材料膠乳通常存在于油漆和手套中，實際上是一組聚合物，它們像蛇一樣盤繞在分散在水中的納米粒子中。成功地進行3D打印后，由于該技術(shù)允許將材料制成復(fù)雜的幾何形狀，因此可用于許多應(yīng)用，例如醫(yī)療設(shè)備，減震器和軟機器人。需要注意的是，這并不是我們第一次看到3D打印的乳膠。倫敦瑪麗皇后大學(xué)的研究人員去年發(fā)表了一篇論文，內(nèi)容涉及他們使用按需滴印方法打印這種棘手的材料。但是，弗吉尼亞理工大學(xué)的團隊轉(zhuǎn)向了另一個方向，并使用了桶式光聚合技術(shù)。

圖形概要

“增值光聚合（VP）增材制造制造出具有出色分辨率的復(fù)雜幾何形狀；然而，由于伴隨的高溶液和熔體粘度，高分子量聚合物不適合VP。因此，在可印刷性和機械性能之間產(chǎn)生了具有挑戰(zhàn)性的悖論。該報告描述了同時進行的光敏聚合物和VP系統(tǒng)設(shè)計，以解決這一悖論，因為前所未有地使用了聚合膠體（latex），可有效地將粘度對分子量的依賴性解耦。

高分子科學(xué)與工程專業(yè)的五年級學(xué)生Phil Scott一直在嘗試合成具有適當(dāng)機械性能和分子量的乳膠材料，但運氣并不好。然后，他開始使用市售液態(tài)乳膠，但是他必須弄清楚如何修改化學(xué)成分，以便可以以固態(tài)形式進行3D打印。不幸的是，由于液體乳膠非常脆弱，這說起來容易做起來難?！叭槟z處于彈性狀態(tài)。如果添加了任何東西，它將完全失去穩(wěn)定性并崩潰?！睓C械工程專業(yè)五年級博士學(xué)位Viswanath Meenakshisundaram解釋說。為了解決這個問題，Scott搭建了一個支架，可以將乳膠顆粒固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。然后，加入光引發(fā)劑和其他化合物，以便可以進行紫外線輔助印刷。

在SBR膠乳的連續(xù)相中進行PEGDA和NVP的光固化，得到嵌入SBR顆粒的水凝膠。

“在設(shè)計腳手架時，您最需要擔(dān)心的是一切的穩(wěn)定性。讀了很多書，甚至是學(xué)習(xí)膠體為什么穩(wěn)定以及膠體穩(wěn)定性如何工作的基礎(chǔ)知識，但這是一個非常有趣的挑戰(zhàn)?！蓖ㄟ^用紫外線將材料固化來將粘性樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤睿琈eenakshisundaram的任務(wù)是弄清楚如何精確地打印材料……因此，他建立了自己的正在申請專利的系統(tǒng)。他知道機器需要能夠在大面積上打印高分辨率特征，并且與他的顧問，共同首席研究員克里斯托弗·威廉姆斯（Christopher Williams）一起，想出了一種在大面積上掃描紫外線的方法。

Meenakshisundaram還具有將計算機視覺系統(tǒng)嵌入到定制打印機上的想法，以確保準(zhǔn)確，詳細的打印，因為液體乳膠顆粒會導(dǎo)致乳膠樹脂表面上的紫外線散射到外部。相機會捕獲每個單獨的乳膠樹脂桶的圖像，并且自定義算法允許打印機從本質(zhì)上查看UV光在樹脂上的相互作用，然后相應(yīng)地調(diào)整打印參數(shù)以僅固化要打印的形狀。

通過計算機視覺捕獲的單像素強度分布用于計算投射到樹脂表面的任何圖案的總體強度分布。由正方形晶格（A）和Schwarz晶格（B）的投影產(chǎn)生的強度分布的模擬說明了所需輪廓和投影輪廓之間的不一致。邊緣處的散射[（A）和（B）中的紅色和綠色區(qū)域]導(dǎo)致制造了邊緣清晰度不佳的超大特征。

“大面積掃描打印機是我所擁有的概念，Viswanath很快就使它成為了現(xiàn)實。然后，維斯瓦納特提出了一個嵌入相機的想法，觀察光與材料的相互作用，并根據(jù)他的代碼更新打印參數(shù)?！眰惖婪颍≧andolph）機械工程學(xué)教授兼信息產(chǎn)業(yè)部臨時總監(jiān)。“這就是我們想要獲得博士學(xué)位的目的。學(xué)生：我們提供了一個愿景，他們實現(xiàn)了這一愿景，并超越了獨立研究者的范圍?！彼羞@些艱苦的工作使得3D打印的乳膠零件（例如葉輪）在半互穿的聚合物網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)中具有強大的機械性能。

乳膠橡膠零件（例如以100微米分辨率打印的葉輪3D）可以無損地重復(fù)使用復(fù)雜的模具

因為這些零件具有柔韌性和韌性的獨特組合。

該團隊的兩位教授表示，3D打印乳膠為打印他們認(rèn)為過去無法打印的許多其他材料（例如軟橡膠）奠定了基礎(chǔ)。

來源：中國3D打印網(wǎng)