Direct Ink Writing 3D Printing Elastomeric Polyurethane Aided by Cellulose Nanofibrils

墨水池 弹性体 聚氨酯 纤维素 材料科学 高分子科学 3D打印 纳米技术 复合材料 高分子化学 化学工程 工程类
作者
Zhengyang Yu,Xia Sun,Yeling Zhu,Elaine Zhou,Changfeng Cheng,Jiaying Zhu,Pu Yang,Dingyuan Zheng,Yifan Zhang,Mahyar Panahi‐Sarmad,Feng Jiang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (41): 28142-28153 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c07681
摘要

3D printing of a flexible polyurethane elastomer is highly demandable for its potential to revolutionize industries ranging from footwear to soft robotics thanks to its exceptional design flexibility and elasticity performance. Nevertheless, conventional methods like fused deposition modeling (FDM) and vat photopolymerization (VPP) polyurethane 3D printing typically limit material options to thermoplastic or photocurable polyurethanes. In this research, a water-borne polyurethane ink was synthesized for direct ink writing (DIW) 3D printing through the incorporation of cellulose nanofibrils (CNFs), enabling direct printing of complex, monolithic elastomeric structures at room temperature that can maintain the designed structure. Additionally, a solvent-induced fast solidification (SIFS) method was introduced to facilitate room-temperature curing and enhance mechanical properties. The 3D-printed WPU structures demonstrated strong interfacial adhesion, exhibiting high ultimate tensile strength of up to 22 MPa and an elongation at break of 951%. The 3D-printed WPU structures also demonstrated outstanding resilience and durability, capable of enduring more than 100 cycles of compression and tension as well as withstanding vehicle crushing and heavy lifting. This method also shows suitability for 3D printing complex structures such as a vase and an octopus.
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