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  3D打印技術(shù)（亦稱增材制造）已發(fā)展成為融合材料設(shè)計、制造工藝、應(yīng)用開發(fā)為一體的功能化制造技術(shù)。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、微電子、納米、液晶等領(lǐng)域。然而，對于聚酰亞胺開展復(fù)雜成形與數(shù)字加工極為困難，造成其應(yīng)用對象受限。因此，發(fā)展高性能、適用于3D打印的聚酰亞胺墨水材料將具有廣泛應(yīng)用潛能。近年來，國內(nèi)外已有數(shù)篇關(guān)于3D打印聚酰亞胺的報道，但其要么成形后尺寸收縮太大，要么與傳統(tǒng)聚酰亞胺材料性能相差較遠(yuǎn)。因此，高性能聚酰亞胺增材制造正在成為國內(nèi)外3D打印及裝備領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)和研究重點之一。 

圖1 直書寫增材制造聚酰亞胺墨水制備方法及原理 

  近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室王曉龍研究員團(tuán)隊和江南大學(xué)機械學(xué)院劉禹教授團(tuán)隊合作，在原DLP 3D打印聚酰亞胺基礎(chǔ)上（Solvent-free and photocurable polyimide inks for 3D printing， J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 16307），成功開發(fā)了一種適用于高性能聚酰亞胺增材制造的紫外輔助直書寫工藝（Direct Ink Writing of High Performance Architectured Polyimides with Low Dimensional Shrinkage. Adv. Eng. Mater. 2019, 1801314）。研究人員建立了一種新型的“光固化聚酰胺酸前驅(qū)體+熱酰亞胺化”策略，提出利用UV-輔助直書寫打印（UV-DIW）技術(shù)完成高性能聚酰亞胺的直接三維復(fù)雜成形，實現(xiàn)了相關(guān)的材料制造與裝備工藝技術(shù)專利創(chuàng)新。 

  該3D打印聚酰亞胺材料的機械性能、耐熱性及熱機械性能在領(lǐng)域內(nèi)首次達(dá)到傳統(tǒng)PI材料的80%以上，尺寸收縮率僅為6%（同于FDM、SLA等主流3D打印技術(shù)）。在獲取高性能聚酰亞胺材料基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步實現(xiàn)了多種可定制（其它打印技術(shù)如SLA、DLA等無法做到）的構(gòu)件制造，如曲面聚酰亞胺成形、自由結(jié)構(gòu)（如彈簧、單支懸空件）及耐高溫聚酰亞胺導(dǎo)線（圖2）。 

圖2 直書寫增材制造聚酰亞胺功能器件及應(yīng)用

  更為重要的是，該方法策略不僅適合本研究體系下的聚酰亞胺前驅(qū)體制造，而且同樣適合其它聚酰亞胺體系，由此能夠?qū)崿F(xiàn)所有通用聚酰亞胺前驅(qū)體的增材制造。因此，打印制備的復(fù)雜結(jié)構(gòu)機械零部件和模型，有望在微電子、仿生材料、人體醫(yī)療、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到發(fā)展和應(yīng)用，為3D打印先進(jìn)制造技術(shù)在高精度、高耐熱性、高強度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件和機構(gòu)的直接快速成型制造方面提供了新的機遇。研究人員針對該技術(shù)方法和材料申請了多項國內(nèi)及國際專利，并實現(xiàn)了以聚酰亞胺材料為主體的3D制造工藝裝備創(chuàng)新與一站式產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，相關(guān)成果已經(jīng)獲得國內(nèi)部分科研院所與企業(yè)的高度關(guān)注。 

  以上工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2016YFC1100401）,自然科學(xué)基金（51775538,51475484）和甘肅省重大專項（18ZD2WA011）、重點研發(fā)（17YFFA139）和自然科學(xué)基金（17JR5RA318）等項目的資助。 

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adem.201801314