弗吉尼亚理工大学 一个由化学和机械工程研究人员组成的跨学科小组开发了一种3D打印胶乳橡胶的新方法
乳胶橡胶部件，如这个分辨率为100微米的叶轮，可以无损地重复使用复杂的模具，因为这些部件具有独特的柔韧性和韧性
信用:弗吉尼亚理工大学 弗吉尼亚理工大学的研究人员发现了一种三维打印乳胶的新方法，这种方法可以打印各种具有复杂几何形状的弹性材料
乳胶，通常被称为手套或油漆中的材料，是指一组聚合物——长的、重复的分子链——盘绕在分散在水中的纳米粒子中
三维印刷乳胶和其他类似的橡胶材料称为弹性体，可用于各种应用，包括软机器人、医疗设备或减震器
三维印刷乳胶在科学文献中只被记录过几次
之前的例子都没有接近由隶属于MII创新学院、科学学院和工程学院的跨学科团队印刷的乳胶的机械性能
通过化学和机械工程学科的创新，该团队克服了三维打印(也称为添加剂制造)的一些长期限制
研究人员对液体乳胶进行化学改性，使其可打印，并建立了一个带有嵌入式计算机视觉系统的定制三维打印机，以显示这种高性能材料的精确、高分辨率特征
“这个项目代表了跨学科研究的典型范例，”蒂莫西·龙说，他是化学教授，也是这个项目的联合首席研究员
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伦道夫机械工程教授兼MII临时董事
“如果没有另一个实验室，我们两个实验室都无法完成这项工作
" 该项目是弗吉尼亚理工大学和米其林北美公司通过国家科学基金会奖联合合作的，该奖与“与工业学术联系的资助机会”项目相一致，支持学术界和工业界之间的团队研究
他们初步结果的细节在美国化学学会应用材料与界面杂志上发表的一篇文章中有详细描述
科学中的新材料发展 龙研究小组的大分子科学与工程专业五年级学生菲尔·斯科特(Phil Scott)在尝试合成一种能提供理想分子量和机械性能的材料失败后，转向商业液体胶乳
研究人员最终希望将这种材料制成立体印刷形式，但斯科特首先需要增加化学成分，使其能够印刷
斯科特遇到了一个根本性的挑战:液态乳胶极其脆弱，化学家很难改变
第五年的机械工程博士维斯瓦纳思·米纳克什孙达拉姆说:“乳胶处于一种禅的状态。”
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与斯科特合作的添加剂制造系统实验室的设计、研究和教育学生
“如果你给它添加任何东西，它将完全失去稳定性并崩溃
" 然后，化学家们想出了一个新主意:如果斯科特在乳胶粒子周围建造一个脚手架来固定它们，类似于建筑施工中使用的脚手架，会怎么样？通过这种方式，乳胶可以保持其巨大的结构，斯科特可以向乳胶中添加光引发剂和其他化合物，从而实现用紫外线进行三维打印
斯科特说:“设计脚手架时，你要担心的最大问题是一切的稳定性。”
“这需要大量的阅读，甚至是像了解胶体为什么稳定以及胶体稳定性如何工作这样的基础知识，但这确实是一个有趣的挑战
" 工程中的新加工发展 当斯科特摆弄液体乳胶时，米纳基桑达拉姆必须想出如何正确印刷树脂
研究人员选择使用一种叫做还原光聚合的方法，在这种方法中，打印机使用紫外光将粘性树脂固化或硬化成特定的形状
米纳基孙达拉姆需要一台能够大面积打印高分辨率特征的打印机，于是他制造了一台新打印机
他和他的顾问威廉姆斯(Williams)想出了在大面积范围内扫描紫外线的主意，并于2017年申请了打印机专利
即使使用定制打印机，流体乳胶粒子也会在乳胶树脂表面投射的紫外线之外造成散射，从而导致打印不准确的零件，因此米纳克什孙达拉姆设计了第二个新颖的想法
他在打印机上安装了一个摄像头，捕捉每一桶乳胶树脂的图像
通过他的定制算法，机器能够“看到”紫外光在树脂表面的相互作用，然后自动调整印刷参数，以校正树脂散射，使其固化成预期的形状
“大面积扫描打印机是我的一个概念，维斯瓦纳思很快就把它变成了现实，”威廉姆斯说
“然后维斯瓦纳思想到了嵌入一个摄像头，观察光线如何与材料相互作用，并根据他的代码更新打印参数的想法
这就是我们对博士的期望
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学生:我们提供了一个愿景，他们实现了这个愿景，并作为一名独立的研究人员成长
" 米纳克什孙达拉姆和斯科特发现，他们最终的三维印刷乳胶部件在一种被称为半渗透聚合物网络的基质中表现出很强的机械性能，这在以前的文献中没有记录过
“一个互穿聚合物网络就像在网里抓鱼，”米纳克什孙达拉姆说
“脚手架给了它一个形状
一旦你把它放进烤箱，水就会蒸发，紧密盘绕的聚合物链就会松弛、扩散或流动，并渗透到网中
" 从分子到制造的方法 材料开发和加工的新进展凸显了两个群体之间的跨学科环境
龙和威廉姆斯都称赞对方的专业知识使集体突破成为可能
“我的哲学是，只有当你和与你截然不同的人合作时，这些类型的创新才是可以实现的，”龙说
两位教授说，三维印刷乳胶为印刷一系列前所未有的材料提供了概念框架，从硬塑料到软橡胶，这些材料至今仍无法印刷
“当我还是一名研究这项技术的研究生时，我们很兴奋能从我们能创造的形状中获得独特的性能，但潜在的假设是我们不得不使用非常差的材料，”威廉姆斯说
“蒂姆团队的这一发现令人兴奋之处在于，他们能够突破我们所认为的印刷材料性能的极限
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