凝胶材料在被气压挤出喷头的那瞬间会有膨胀,在冷却固化工艺中和在明胶支撑打印工艺中都会有,但是在明胶支撑打印工艺中,凝胶材料被挤出后,包裹在支撑中,不会发生融合、扩散、坍塌等现象,而是以—定的形态存在于一定位置中,故而在明胶支撑打印工艺中不必在考虑渐变的层高优化路径。但是固定数值的层高设置也影响到了凝胶成型的成败。
气压和打印速度确定了凝胶的挤出量和线条结构,确保了每层凝胶的打印质量后,打印层高就是决定凝胶3D结构是否成型的关键。设计了不同层高下凝胶结构成型实验。从上图的实验结果可得,当打印层高为0.4mm的时候,凝胶结构能够在打印过程中形成整体,并且顺利地从明胶支撑中分离出来。因为喷头的直径为0.8mm,凝胶从喷头处挤压出来的时候,往喷头所在移动平面的四周方向膨胀,而所至最高处大约高于喷头直径的1/2左右。而当打印层高小于0.2mm时,凝胶成型肥大,不能保持一定的精度,反么当层高大于0.6mm时,如图中所示,凝胶经过氯化钙溶液浸泡过后的凝胶层与层之间因缺少连接而分散开来,凝胶成型失败。故而选择的打印层高为0.3~0.5mm。
在探索海藻酸钠/明胶混合水凝胶的打印性能基础上,利用明胶颗粒支撑的软塑性(宾汉流体性质)提出了改进工艺,即基于明胶颗粒支撑的海藻酸钠/明胶混合水凝胶的3D结构打印。两大因素影响凝胶结构在明胶支撐中的成型,一是明胶颗粒支撑的质量,二是打印过程的控制。在明胶支撑制备方面,探索了明胶浓度和搅拌时间对凝胶成型质量的影响,通过实验发现这两者的最佳选择范围分别为4~7%和20~35s。在打印过程控制方面,探索了气压、打印速度和打印层高对凝胶成型的影响,通过实验发现,在喷头直径为0.8mm条件下,这三者的最佳选择范围分别为50~70Kpa、4~8mm/s和0.3~0.5mm。当然,随着喷头直径改变,其它打印参数的选择范围也会改变,但提出的实验方法值得借鉴。
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