喷墨式跟随打印可光固化水凝胶工艺研究

摘要

可光固化人工合成水凝胶因可封装细胞和保护细胞生存、并容易调控其理化性能,被越来越多地应用于组织工程.针对可光固化水凝胶成形速度快和粘度低的特点,提出了一种包括电磁阀喷头系统和光源系统的喷墨式光源跟随打印方法.打印时,从喷头压出的液滴落到基板的过程中伴随光源照射和固化.该方法可通过扩展喷头数量实现多种水凝胶成形,克服了以成缸溶液直接扫描加工多种可光固化水凝胶存在的加工复杂、材料易被污染和损耗高等缺点.通过光学显微镜对固化液滴和堆积直线的测量和分析,研究了喷头孔径、压力、凝胶浓度对液滴固化性能的影响. 结果表明随着喷头孔径和压力的增大,液滴固化直径增大;当浓度大于30％,随着浓度增大,液滴固化直径减小.建立了液滴固化和液滴堆积成形模型,发现光斑直径d1、液滴直径d2、平台移动速度V、临界固化时间T临应满足T临≤(d1-d2)/2V,相邻两个液滴的间距P满足πD/4≤P＜D(D为液滴直径)时,形成直线的宽度不大于单个液滴的直径D且宽度均匀.不同浓度下三维方块15mm×15mm×(2.5～3.5)mm的打印研究发现,浓度30％～50％的凝胶块结构精度高,但超过50％时,凝胶加工时因失水速率大将导致结构变形.