AM：投影式光固化打印液晶弹性体耗能结构

来源：EngineeringForLife

投影式光固化3D打印可创建具有特定微观和宏观体系的复杂层级结构，而这些复杂层级结构是目前传统制造方法无法实现的。近期，来自科罗拉多大学的Christopher M. Yakacki教授团队及南方科技大学机械与能源工程系的葛锜教授团队在“Advanced Materials”期刊上发表了“Liquid-Crystal-Elastomer-Based Dissipative Structures by Digital Light Processing 3D Printing”一文，该研究提出了一种可进行投影式光固化打印的液晶弹性体（LCE）树脂材料，该材料可用于打印各种复杂且具有高精度的耗能器件。用该材料打印出结构的能量耗散效果为商用光敏树脂的27倍，其特殊的机械性能有助于高能量吸收器件的发展及应用。

首先，研究人员开发了一种新型光固化LCE树脂，通过使用光固化投影打印的LCE结构（图1、图2）具有跨尺度可控的力学特性，具体表现为：在介观尺度上，粘弹性通过化学来调节；在微观尺度上，力学行为通过晶格结构来控制；在宏观尺度上，通过调控打印器件的几何形状来实现力学特性的控制。

图1 从不同尺度（介观、微观及宏观）上展示打印效果

图2 光固化投影打印的LCE脊椎支架结构

其次，研究人员使用LCE树脂打印了具有正交各向异性、各向同性和横向各向同性对称性的三种不同的晶格结构（图4），并通过压缩试验对两种材料打印的结构性能进行了比较。最终实验结果显示LCE晶格的峰值应力远远大于商用树脂晶格。

图3 打印结构的应力响应力学测试

最后，研究人员对LEC打印结构进行了应变能密度及阻尼性能（图4）测试，结果显示其具有很好的缓冲耗能效果。

图4 不同晶格材料的应变能密度及材料的阻尼性能

总的来说，该研究研发了一种光固化LCE树脂，并使用投影式光固化打印方法制成耗能结构，最终使其耗能效果远优于商用光固化树脂制成的结构。展望未来，由于LCE材料具有优越的能量耗散性，可根据压缩速率调整其刚度，从而在更大范围的冲击条件下提供保护，结合增材制造技术能够针对特定应用轻松优化打印结构的力学性能，使其在运动和个人防护设备以及生物医疗设备中发挥巨大的作用。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202000797