有機(jī)硅材料因其擁有優(yōu)異的耐高溫性、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和生物相容性等特性，被廣泛應(yīng)用于增材制造、涂料、薄膜和柔性電子等行業(yè)。然而，有機(jī)硅材料的傳統(tǒng)成型工藝如注塑、模壓等辦法，很難滿足行業(yè)針對有機(jī)硅材料的個性化定制、智能結(jié)構(gòu)以及多功能應(yīng)用的需求。

3D打印技術(shù)，又叫作為增材制造，因多材料兼容性、個性化定制和集成制造等能力而適用于制造各樣智能結(jié)構(gòu)，給智能結(jié)構(gòu)的快速成型供給了一種經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。因此呢，將有機(jī)硅材料與3D打印技術(shù)相結(jié)合，可快速制備出擁有繁雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅制品，可大大拓展有機(jī)硅材料的應(yīng)用行業(yè)。

（一）期刊科研

1.紫外線輔助擠出有機(jī)硅材料，明顯提高力學(xué)性能與等向性

科研標(biāo)題：Ultraviolet-assisted material extrusion of silicones with largely enhanced mechanical properties and isotropy

發(fā)布刊物：Additive Manufacturing（2024-01）

科研團(tuán)隊(duì)：中國工程理學(xué)科研院，耿呈禎團(tuán)隊(duì)

科研內(nèi)容：該文案重點(diǎn)介紹了一種新型的3D打印技術(shù)，用于打印有機(jī)硅彈性體復(fù)合材料。這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過紫外輔助材料擠出（UV-assisted material extrusion）3D打印UV誘導(dǎo)的鉑催化硅氫加成有機(jī)硅復(fù)合材料，處理了傳統(tǒng)3D打印技術(shù)中存在的有些局限性，如制品機(jī)械強(qiáng)度差和材料擠出的流變學(xué)需求沖突。科研發(fā)掘，UV輔助能夠加強(qiáng)打印過程中的形狀保持能力，并且所得到材料的機(jī)械性能幾乎加強(qiáng)了近一個數(shù)量級。這種材料既能夠UV固化亦能夠熱固化，經(jīng)過調(diào)節(jié)固化技術(shù)能夠掌控材料的拉伸、撕裂和松弛性能。另外，UV固化的有機(jī)硅復(fù)合材料相比熱固化的復(fù)合材料展現(xiàn)出更高的機(jī)械各向同性，有助于減少3D打印制品固有的各向異性問題。

2.4D打印擁有負(fù)剛度效應(yīng)的細(xì)胞狀硅酮材料以加強(qiáng)能量吸收與沖擊守護(hù)

科研標(biāo)題：4D printing of cellular silicones with negative stiffness effect for enhanced energy absorption and impact protection

發(fā)布刊物：Composites Part B-Engineering（2024-08）

科研團(tuán)隊(duì)：中國工程理學(xué)科研院，張亞玲團(tuán)隊(duì)

科研內(nèi)容：文案介紹了一種新型的3D打印硅膠泡泡材料，這種材料擁有分層多孔結(jié)構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)4D打印，即在打印出的形狀基本上還能隨時間變化或外界刺激（如溫度變化）出現(xiàn)形狀變化。科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過直接墨水寫入技術(shù)，將含有熱膨脹微球的復(fù)合硅膠墨水做為發(fā)泡劑，制造出彎曲多孔硅膠泡泡。這些微球在加熱時膨脹，形成多孔結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)材料的彎曲曲率和定制的機(jī)械性能。另外，由堆疊的雙層細(xì)絲構(gòu)成的硅膠在壓縮下表現(xiàn)出負(fù)剛度特性，加強(qiáng)了能量吸收能力，這種特性能夠經(jīng)過區(qū)別的打印結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行微調(diào)。這種材料在能量耗散、減震以及守護(hù)擁有彎曲形狀的物體方面表示出了潛在的應(yīng)用價值，尤其是在需要形狀變化和特定機(jī)械性能的應(yīng)用中。

3.3D打印硅膠中的靜電耗散

科研標(biāo)題：Electrostatic Dissipation in 3D-Printable Silicone

發(fā)布刊物：ACS Applied Materials & Interfaces（2024-09）

科研團(tuán)隊(duì)：美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室，Armas, Jeremy A.團(tuán)隊(duì)

科研內(nèi)容：科研人員將單壁碳納米管（CNTs）融入3D可打印硅氧烷彈性體中以實(shí)現(xiàn)靜電耗散。對復(fù)合材料進(jìn)行了表征，重點(diǎn)關(guān)注了在區(qū)別CNT加載量下，硅氧烷的流變性和機(jī)械性能怎樣受到影響。同期，亦對材料的電性能進(jìn)行了表征，目的是研發(fā)出能夠有效耗散靜電的材料。科研結(jié)果顯示，即使是低含量（少于1重量百分比）的CNTs亦能被充分分散到能夠3D打印的硅橡膠樹脂中，況且這種材料在靜電耗散方面表現(xiàn)出明顯的改善，即經(jīng)過降低電阻率來實(shí)現(xiàn)，同期對其機(jī)械性能的影響很小。

4.新型快速固化硅膠油墨，用于單步、無支撐高、懸垂和高縱橫比結(jié)構(gòu)的3D打印

科研標(biāo)題：Novel Fast Cure Silicone Inks for Single-Step, Support-Free 3D Printing of Tall, Overhanging, and High Aspect Ratio Structures

發(fā)布刊物：Advanced Materials Technologies（2024-10）

科研團(tuán)隊(duì)：美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室，Izard, Anna Guell團(tuán)隊(duì)

科研內(nèi)容：文案介紹了一種新型的快速固化有機(jī)硅墨水，它使得直接墨水寫入（DIW）3D打印技術(shù)能夠制造出繁雜的三維結(jié)構(gòu)。這種墨水是雙組分混合物，包括催化劑和交聯(lián)劑，經(jīng)過在線混合和共擠出的方式生產(chǎn)有機(jī)硅結(jié)構(gòu)。因?yàn)?/span>交聯(lián)功效，擠出的線束能夠快速硬化，從而加強(qiáng)了自支撐能力，使得能夠制造出高、懸垂或薄壁結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)技術(shù)下是難以實(shí)現(xiàn)的。這種快速固化墨水的優(yōu)良在于，它不需要額外的固化機(jī)制或懸浮浴，就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的快速凝膠化和硬化，從而制造出擁有優(yōu)異形狀保持性的結(jié)構(gòu)。

5.用于巖石重建的高強(qiáng)度和高脆性3D打印的納米SiO2改性光敏樹脂的研發(fā)及力學(xué)性能科研

科研標(biāo)題：Development and mechanical properties of nano SiO2 modified photosensitive resin for high-strength and high-brittleness 3D printing in rock reconstruction

發(fā)布刊物：Construction and Building Materials（2024-10）

科研團(tuán)隊(duì)：大連理工大學(xué)，趙丹晨團(tuán)隊(duì)

科研內(nèi)容：文案探討了3D打印技術(shù)在巖石工程行業(yè)的應(yīng)用潛能，尤其是在精確重構(gòu)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征方面。針對當(dāng)前打印材料與自然巖石力學(xué)特性不符的問題，科研人員采用硅烷偶聯(lián)劑改性納米SiO2粉末，經(jīng)過特定配比制備出高強(qiáng)度、脆性接近天然巖石的3D打印材料。另外，結(jié)合CT掃描技術(shù)，科研還展示了樣品的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能能夠被有效復(fù)制。這寓意著這種3D打印材料能夠精確重構(gòu)出擁有高強(qiáng)度和高脆性的巖石結(jié)構(gòu)，為巖石工程中的3D打印應(yīng)用供給了重要的參考。

（二）專利科研

1.經(jīng)過增材制造工藝實(shí)現(xiàn)有機(jī)硅制品的均勻固化

瑞士斯派克塑膠股份機(jī)構(gòu)申請專利“制備3D打印有機(jī)硅的辦法”（WO2022/008721），于2024年5月10日在中國公開，當(dāng)前處在“已授權(quán)”狀態(tài)。該專利提出了一種制備3D打印有機(jī)硅制品的辦法，經(jīng)過增材制造工藝結(jié)合后固化處理，實(shí)現(xiàn)了制品的均勻固化，尤其適用于很強(qiáng)體積的制品，保證了各向同性的機(jī)械性能。該辦法首要基于3D模型制備預(yù)制品，而后運(yùn)用含有特定有機(jī)硅結(jié)構(gòu)單元、交聯(lián)劑和自由基光誘發(fā)劑的增材制造組合物進(jìn)行打印。后固化過程包含熱促進(jìn)自由基固化或硅醇縮合固化，以加強(qiáng)制品的機(jī)械性能和熱性能。組合物中硫醇基團(tuán)與烯基基團(tuán)的比率掌控在0.5:1至5:1之間，以優(yōu)化制品性能。最后得到的3D打印有機(jī)硅制品擁有高硬度、強(qiáng)度和延展性，適用于多種應(yīng)用場景。

2.運(yùn)用擠出式3D打印機(jī)和3D噴射打印機(jī)的增材制造可溶性有機(jī)硅彈性體制品

埃肯有機(jī)硅（上海）有限機(jī)構(gòu)申請專利“用于增材制造的可溶性支撐件材料”（WO2021/134481），于2024年8月6日在中國公開，當(dāng)前處在“已授權(quán)”狀態(tài)。該專利公開了一種3D打印有機(jī)硅彈性體制品的辦法，適用于運(yùn)用擠出式或噴射式3D打印機(jī)進(jìn)行增材制造。該辦法觸及運(yùn)用一種特殊的支撐件材料組合物V，其由聚有機(jī)硅氧烷A、聚醚或含聚醚結(jié)構(gòu)的聚合物B以及二氧化硅C構(gòu)成。這些材料一起保證了在打印過程中支撐件的穩(wěn)定性，同期在后續(xù)過程中能夠輕易地經(jīng)過溶解于溶劑或機(jī)械方式去除。打印過程包含首要打印支撐件，隨后打印有機(jī)硅彈性體制品的前體，接著經(jīng)過加熱或紫外光固化等手段使前體交聯(lián)形成最后制品。另外，該專利還涵蓋了經(jīng)過這種辦法制造的有機(jī)硅彈性體制品，以及支撐件材料在3D打印中的應(yīng)用。這種辦法準(zhǔn)許生產(chǎn)擁有繁雜幾何形狀和光滑表面的有機(jī)硅彈性體制品，適用于廣泛的工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用。

3.3D打印用高性能有機(jī)硅樹脂

深圳市縱維立方科技有限機(jī)構(gòu)申請專利“3D打印用有機(jī)硅樹脂及制備辦法”（CN117887012A），于2024年6月14日首次公開，當(dāng)前處在“審核中”狀態(tài)。該專利描述了一種專為3D打印設(shè)計的有機(jī)硅樹脂及其制備辦法。該樹脂由有機(jī)硅-聚氨酯-丙烯酸樹脂嵌段聚合物和有機(jī)硅樹脂基膠等關(guān)鍵成份構(gòu)成，經(jīng)過特定的化學(xué)反應(yīng)過程制備而成。其中，嵌段聚合物是經(jīng)過羥基硅油、異氰酸酯等原料反應(yīng)得到，而基膠則是經(jīng)過加入無機(jī)粉體和硅烷偶聯(lián)劑等進(jìn)一步制備。另外，還添加了活性稀釋劑和光誘發(fā)劑以調(diào)節(jié)樹脂的打印性能和固化特性。全部制備過程包含多個加熱、攪拌和降溫過程，最后經(jīng)過過濾得到所需的有機(jī)硅樹脂。這種有機(jī)硅樹脂擁有較高的拉伸強(qiáng)度、良好的抗撕裂性、回彈性、耐高低溫性能，并且固化速度快、氣味小、收縮率低、打印精度高，展現(xiàn)出優(yōu)異的打印性能。

4.制備3D打印透明氧化硅氣凝膠材料

東華大學(xué)申請專利“3D打印凝膠墨水及其制備辦法、應(yīng)用和3D打印透明氧化硅氣凝膠材料的制備辦法”（CN117623322A），于2024年3月1日首次公開，當(dāng)前處在“審核中”狀態(tài)。該專利制備的凝膠墨水由有機(jī)硅氧烷、表面活性劑、含酸水溶液和堿催化劑等組分制備而成，經(jīng)過特定的制備流程，包含溶膠凝膠反應(yīng)和酸堿催化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了直接書寫成型。該制備辦法工藝簡單，能夠調(diào)控凝膠墨水的流變性能，加強(qiáng)3D打印透明氧化硅氣凝膠材料的透明性和隔熱性能，處理了現(xiàn)有技術(shù)中3D打印氣凝膠材料隔熱性能不良和透明性下降的問題。

5.基于氣凝膠粉體的異形絕熱件的3D打印制造隔熱保溫零件

中化學(xué)華陸新材料有限機(jī)構(gòu)申請專利“一種基于氣凝膠粉體的異形絕熱件的3D打印制造辦法”（CN117326820A），于2024年9月27日首次公開，當(dāng)前處在“已授權(quán)”狀態(tài)。該專利技術(shù)利用3D噴墨打印技術(shù)，經(jīng)過噴灑粘結(jié)劑對改性后的疏水二氧化硅氣凝膠粉體進(jìn)行逐層打印，制造繁雜結(jié)構(gòu)的隔熱保溫零件。該辦法包含改性氣凝膠粉體、3D打印異形氣凝膠絕熱件、熱處理以及噴涂守護(hù)層等過程。經(jīng)過調(diào)節(jié)改性劑和粘結(jié)劑的種類以及粉體與粘結(jié)劑的比例，能夠滿足區(qū)別力學(xué)性能需求的隔熱保溫件的需要。