[發明專利]一種大高度微納結構的三維熔融靜電打印方法

有效

• 申請號: 201710280584.6
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106948014B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 賀健康;夏正勛;李滌塵;劉亞雄;王玲;連芩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;B29C64/106;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種大高度微納結構的三維熔融靜電打印方法，先在計算機上編制出控制平臺移動的程序，選擇用于填充的含有導電介質溶液和熔融靜電打印材料，并將其分別裝入含多個噴頭的熔融靜電打印裝置的注射器中,然后選擇熔融靜電打印參數，通過熔融靜電打印得到設定厚度的三維微納結構，將含導電介質溶液填充進三維微納結構，利用溫度交聯和化學交聯的方法使其成膠，使得熔融靜電打印接收平臺升高，將熔融打印噴頭與接收平臺之間的距離調高一個膠體的厚度，如此反復，直到三維微納結構的高度達到所需高度，實現熔融靜電打印大高度的三維微納結構，本發明克服傳統熔融靜電打印工藝中電場隨高度升高而衰減的缺點，可廣泛應用于微納米器件、組織工程等領域。

技術領域

本發明涉及微納制造與增材制造技術領域，具體涉及一種大高度微納結構的三維熔融靜電打印方法。

背景技術

熔融靜電打印是一種高精度的微納米纖維制造技術，該技術利用聚合物熔體在強電場下形成微納米纖維進行靜電直寫，結合傳統增材制造的原理與方法，通過層層堆積實現各種三維微納結構。該技術不僅具有纖維直徑小、纖維均一性好、能夠實現亞微米、納米尺度等優勢，而且可用于熔融靜電打印材料很多,包括從絕緣聚合物到導電聚合物,從無機高分子材料到生物材料，因此該技術在微納米器件、組織工程等領域有廣泛的應用前景。

但是由于打印工藝的限制，該技術在制作大高度三維微納結構方面仍存在一些問題：由于該技術是利用高壓靜電驅動實現纖維的沉積，隨著三維微納結構高度的不斷增加，電場強度也隨之改變，原有的打印工藝改變，使得可制作的三維微納結構高度有限，最大高度一般不超過2mm，不能用于構建較大高度的三維微納結構。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種大高度微納結構的三維熔融靜電打印方法，能夠穩定、連續的打印出具有大高度的三維微納結構，可廣泛應用于微納米器件、組織工程等領域。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種大高度微納結構的三維熔融靜電打印方法，包括以下步驟：

1)根據想要打印的復雜圖案或三維模型在計算機上編制出控制移動平臺的程序；

2)配置含導電介質溶液，含導電介質溶液質量濃度介于1～20％之間；

3)選取熔融靜電打印材料，熔融靜電打印材料包括聚己內酯、聚乳酸、聚丙烯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、乙烯/聚乙烯醇共聚物、尼龍系列聚合物的具有極性基團的高聚物，根據材料的熔點不同，確定電加熱圈或水油浴循環的加熱溫度，電加熱圈溫度范圍在40～500℃之間，油浴循環溫度范圍在40～200℃之間，水浴循環溫度范圍在40～100℃之間；

4)將步驟2)配制的含導電介質溶液和步驟3)選取的熔融靜電打印材料分別裝入含多個噴頭的熔融靜電打印裝置的注射器中,其中溶液打印噴頭用于將步驟2)中配置的含導電介質溶液以擠出的方式打印，熔融打印噴頭用于將步驟3)選取的熔融靜電打印材料以熔融靜電打印的方式打印；

5)根據所需要纖維的線寬，線寬尺寸在1～100μm之間，從而確定移動平臺的移動速度：1～300mm/s、熔融打印噴頭的型號：100～1000μm,以及高精密注射泵流量：5～1000uL/h，熔融靜電打印噴頭接正電壓，移動平臺上的接收平臺接地，調整熔融打印噴頭與接收平臺之間的距離：0.5～10mm之間，打開高壓電源，調整電壓至需要幅值：0.1～20Kv；

6)將控制移動平臺的程序輸入主機，程序通過控制模塊控制運動平臺和熔融靜電打印噴頭實現層層堆積得到0.1～2mm的三維微納結構；