3D打印聚酰亚胺微针
数字3. a显示了使用AutoCAD 2020设计的微针的形状。根据打印角度打印出的3D微针如图所示。3. b. SLA打印是一种用激光固化光固化树脂的方法,因此堆叠层的宽度取决于打印角度(图2)。1 c).因此,小于激光尺寸的尖头不能打印。正如预期的那样,平面尖端形成的角度(α)为0°,这是一个正常的打印角度。随着倾角的增大,形成了轻微倾斜的斜面。如图所示。3. B,针尖斜角在10°~ 60°之间形成,大于70°后由于重力作用,针尖斜角略有塌陷。在印刷角度为70°以上时,针向地面弯曲。这一结果表明,在一定的印刷角度水平下,可以控制微针斜角。
通过模压工艺,将打印好的微针制成PI微针。如图所示。3. c,根据不同的条件改变所制备的PI微针的针斜角。从打印的微针中观察到类似的结果,打印角(α)从20°到50°在PI微针尖端形成针斜角。10°的打印角度显示出非常小的角度,超过50°的角度显得不可控。
为了分析该制造方法的打印可控性,将3D打印微针的斜角定义为β,将制备的PI微针斜角定义为γ,如图所示。4 一个。4 b为打印出来的3D微针和制作出来的PI微针随打印角度变化的斜角结果。理论上,β的计算值与“90°-α”相似,但超过一定角度后,由于受到重力的影响,它会发生变化。在0 ~ 40°的角度范围内,PI微针的整体斜角(β)与预测值吻合较好,打印PI微针的斜角(γ)略大于3D打印微针的斜角(β)。在40°角(α)下制备的最大斜角为54.5°。但在40°角(α)后,斜角又有增加的趋势,超过60°角后,斜角就不可控了。当α为90°时,斜角再次减小,如图所示,似乎是一种导致打印微针尖变形的现象。3. b.详细数据汇总见表1 .
结果表明:改变打印角(α)可将制备的PI微针的斜角(β)控制在一定范围内(50.8 ~ 89.5°);采用该角度控制微针的成型工艺可将制备的PI微针斜角(γ)控制在一定范围内(54.5 ~ 88.6°)。使用该工艺可获得50°的最锐角(γ)。
纵横比
对于微针,长宽比和高度也是重要的参数。为了研究根据打印高度变化的宽径比,设计了宽径比为4的微针,高度变化范围为100 ~ 1000 μm。并制作了所设计的微针。高度为100 μm的微针由于高度过短而加工不当。数字5 a为根据打印高度制备的PI微针(均为α值)的纵横比结果。当高度为200 μm时,展弦比为0.78 (n = 10),展弦比较差。随着高度的增加,纵横比也逐渐增大,当高度为1000 μm时,纵横比达到最大值,为2.58 (n = 10)。常用微针的纵横比为2:1或更高[27 ,28 ],因此可以使用所制备的高度大于600 μm的PI微针(图2)。6 ).
测量并计算了设计高度和制造高度的高度实现率。如图所示。5 b,打印高度影响PI微针的高度实现率。当输入打印高度为200 μm时,制备的PI微针的高度实现率仅为71.6%,但随着打印高度的增加,其高度实现率有所增加。当输入打印高度为800 μm时,高度实现率为90.9%,当输入打印高度为900 μm时,高度实现率达到最大值92.6%。当打印高度为1000 μm时,其降低幅度为91.6%,但降低幅度可以忽略不计。此外,图中所示的误差条(均值的标准误差)。5 b随着打印高度的增加而减小,说明PI微针的长度越长,可以均匀地制备PI微针。详细数据汇总于表中2 .
表2 3D打印微针斜角(β)和PI微针斜角(γ)随打印角(α)的变化结果
数字5 c为根据打印角度(α)制备的PI微针的高度实现率(所有高度)。总体而言,随着打印角度的增加,高度执行率降低。当α为0°时,高度实施率为93.2%,为最大值,而当α为90°时,高度实施率下降至76.5%。当α为40°时,PI微针斜角最大,高度实现率为87.0%。
数字5 d为根据打印角度(α)制备的PI微针(打印高度为1000 μm)的高度实现率。当α为20°时,所制备PI微针的高度实现率为96.8%,为最大值。当α为70°时,其最小值为86.4%。α为40°时,高度执行率为92.1%。该数值较好,说明打印角度(α)为40°,打印高度为1000 μm的PI微针是可取的。数字5 C, d,随着打印角(α)的增大,到α = 30°时,图的误差条略有减小,但在α = 30°后,图的误差条逐渐增大,这说明当打印角增加到30°以上时,微针斜角部分的实现变得不均匀。
穿透猪皮
利用制备好的高度为1000 μm的PI微针,在印刷角度(α)为0°、40°和90°时,对猪皮进行穿透试验。如图6所示,在正常打印条件下,打印角度(α)为0°制备的PI微针,其推动性能稳定,但无法穿透皮肤。采用90°打印角(α)制备的PI微针由于形状不稳定,性能较差,易断裂。只有打印角(α)为40°的PI微针才能观察到穿透。结果表明,采用40°打印角(α)制备的高度为1000 μm(展弦比为2.58)的PI微针具有最大的穿透能力。