双刺激响应和可持续的PLA/APHA/TPU混合物用于4D打印
Shafahat Ali1, Mamoun Alshihabi1, Logan Beard1
1Advanced Manufacturing Lab (AML) School of Engineering, University of Guelph, Guelph, Ontario, Canada.
Macromolecular rapid communications
|August 14, 2025
概括
这项研究介绍了一种新的4D打印丝,将PLA,APHA和TPU混合在一起,用于增强的医疗设备. 该材料实现了低温形状记忆激活,具有卓越的强度和灵活性,克服了以前的限制.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 目前用于4D打印的形状记忆聚合物 (SMP) 面临着机械性和低温激活之间的权衡.
- 基于PLA的SMP经常表现出脆弱性,限制了它们在患者特定的医疗器械中的应用.
- 需要先进的SMP,将机械强度与高效的低温形状回收相结合.
研究的目的:
- 开发一种基于PLA/APHA/TPU混合物的新型4D打印光纤.
- 为了实现低温形状记忆激活与高机械强度和灵活性相结合.
- 评估生物医学应用开发的复合材料的可打印性,生物相容性和形状记忆性能.
主要方法:
- 使用3D打印制造一种新的PLA/APHA/TPU混合丝.
- 复合材料的微观结构,机械性能 (抗拉强度,模量,延长) 和热行为.
- 在热和机械刺激下评估形状记忆特性,包括形状固定性和恢复比率.
- 对潜在的生物医学用途的可打印性和生物相容性的评估.
主要成果:
- 与整洁的PLA相比,优化的60/20/20重量%PLA/APHA/TPU混合物表现出均的分散,增强的抗拉强度,模量和延长.
- 在大约39.5°C时,复合材料呈现出快速的形状恢复,远低于PLA的玻璃过渡温度.
- 在双热和机械刺激下,几乎完全的形状固定性 (∼100%) 和高回收率 (>92%) 得到了实现.
- 该材料保持了出色的打印能力和生物相容性.
结论:
- 开发的PLA/APHA/TPU混合丝成功克服了基于PLA的传统SMP的局限性,提供了机械性和低温形状记忆激活的独特组合.
- TPU和APHA的协同效应有助于提高材料的柔性,灵活性和热敏度.
- 这种新材料对下一代4D打印生物医学设备具有重大前景,包括骨科支架,软机器人执行器和自适应性植入物.
- 使用生物基,可生物降解的聚合物促进了高性能SMP的环保增材制造.
