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  以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命正席卷全球，新的制造技術(shù)不斷涌現(xiàn)，3D打印無疑是其中的佼佼者，由于其優(yōu)異的按需制造復(fù)雜、精細和個性化結(jié)構(gòu)的能力，已經(jīng)深入影響到各行各業(yè)，引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。各種3D打印技術(shù)中熔融沉積成型（FDM）因其成本低、操作簡單、可兼容多種材料的優(yōu)點而成為最通用和最經(jīng)濟的選擇之一。然而，F(xiàn)DM構(gòu)筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)時通常需要支撐結(jié)構(gòu)，這大大增加了加工的復(fù)雜性和成本。層間粘附性差則極大地影響了打印制品的機械穩(wěn)定性。此外，由于打印制品的尺寸受到3D打印機尺寸的限制，小型的3D打印機難以制備大型產(chǎn)品。據(jù)此，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室游正偉教授團隊提出一個簡單而通用的“打印-愈合”策略，基于所設(shè)計材料的多重動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，有效解決了上述挑戰(zhàn)。相關(guān)成果近期以“Self-healing materials enable free-standing seamless large-scale 3D printing”發(fā)表于中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委共同主辦的《中國科學(xué):材料》（Science China Materials）期刊，東華大學(xué)材料學(xué)院博士生左涵為第一作者，游正偉教授和吳琪琳教授為通訊作者，劉庚鑫研究員為共同作者。

  作者在該團隊近年關(guān)于自愈合聚肟氨酯的工作(Adv. Mater. 2019, 31, 1901402. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1901058)基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種具有三重動態(tài)鍵的聚合物材料Cu-DOU-CPU，通過可逆的肟氨酯鍵(DOU)、Cu(II)-DOU金屬配位鍵和氫鍵的協(xié)同作用，賦予材料良好的室溫自愈合性能。在較高溫度下，鏈間動態(tài)鍵的交換反應(yīng)加速，促使聚合物材料內(nèi)部的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生拓撲結(jié)構(gòu)重排，在剪切力的作用下具有良好的可擠出性，并且能夠在打印時間范圍內(nèi)快速重構(gòu)定型。針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)物體打印時需要支撐的問題，作者受到樂高積木的啟發(fā)，將復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)合理拆分為簡單結(jié)構(gòu)進行打印，然后利用材料的自愈合性將部件由簡到繁進行拼接組裝，從而實現(xiàn)復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)的無支撐3D打印。針對由于逐層堆疊累積的加工方式導(dǎo)致打印制品的層間強度相對較弱的問題，利用肟氨酯鍵、金屬配位鍵和氫鍵的動態(tài)性在層與層之間引入包括化學(xué)鍵在內(nèi)的多重連接，來實現(xiàn)3D打印制品層間強度的顯著提升，在三維方向上基本實現(xiàn)了力學(xué)同性。材料的自愈合性使損壞的打印制品可以自發(fā)修復(fù)，延長了其使用壽命。此外，作者所設(shè)計的聚合物材料原料均為廉價易得的商用化學(xué)原料，合成方法簡單，易進行大規(guī)模制備。

  “打印-愈合”策略的通用性強，可適用于其他具有動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的自愈合材料，包括自發(fā)愈合材料和需要適當(dāng)外部刺激(如光和磁場)的自愈合材料。鑒于自愈合材料的蓬勃發(fā)展，這一策略對于制備具有不同屬性的產(chǎn)品來實現(xiàn)一系列新的應(yīng)用具有重要意義。

  該工作獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、東華大學(xué)勵志計劃等項目資助。

  原文鏈接：https://engine.scichina.com/doi/pdf/E23E817506AC48EF878999C11CB32AC0

  團隊主頁：http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/zy/list.psp

團隊簡介：

  游正偉教授為纖維材料改性國家重點實驗室博導(dǎo)，現(xiàn)任東華大學(xué)復(fù)合材料系主任，中國紡織工程學(xué)會柔性電子生物醫(yī)用紡織材料科研基地主任。長期從事生物醫(yī)用彈性體、3D打印、及其在組織修復(fù)和醫(yī)用柔性電子領(lǐng)域應(yīng)用的研究。發(fā)表SCI論文70多篇，其中近五年在National Science Review, Nature Communication, Advanced Materials等國際著名期刊（IF>10）發(fā)表通訊作者論文17篇。申請中國發(fā)明專利40多項，授權(quán)16項。成果被國家自然科學(xué)基金委員會出版的《Science Foundation in China》期刊、《中國科學(xué)報》頭版、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會出版的《18年度新材料技術(shù)發(fā)展藍皮書》等專題報道。在歐洲材料研究學(xué)會年會、中國材料大會等重要學(xué)術(shù)會議上做主旨和邀請報告40余次。擔(dān)任國際學(xué)術(shù)期刊《Smart Materials in Medicine》副主編、《Advanced Fiber Materials》和《中國材料進展》青年編委。