热固性材料在交联后形成三维空间网络结构，具有非常优异的力学性能和稳定性。近年来，热固性材料在软体机器人和柔性电子等领域扮演着愈发重要的角色。新型软体机器人对复杂结构与功能性提出了更高的需求，面向其开发一种简单、普适、廉价的热固性材料制造方法具有重要的意义。然而，热固性材料的3D打印仍然存在诸多限制，如固化原理、材料的流变性和成型效率等。
研究人员通过邻接层快速加热和焦耳加热器加热的双重加热方式，使得代表性的热固性材料Sylgard184最快可以在2秒内固化，从而成功实现了未经改性的低黏度Sylgard184的直接3D打印，打印结构与模具铸造结构的力学性能类似。通过采用不同直径的喷头，该方法的尺寸可扩展性得到了验证，实现了120毫米的最大打印高度和50微米的分辨率。作者展示了一批具有不同性质的热固性材料的原位双重加热打印，这些材料具有跨越五个数量级的动态黏度变化，包括牛顿流体、剪切变稀流体和屈服应力流体等。
这项研究还展示了原位双重加热打印丰富的功能性，包括打印多材料异质结构，以及不同含量的磁响应柔性结构，如柔性血管支架等。通过与“拾取和放置”(pick-and-place)工艺结合，原位双重加热打印还可以制造柔性电子设备。这些结果表明，原位双重加热打印在新兴的软体机器人、柔性电子等领域有着广阔的应用空间。
(中国科大供图)