光固化成型3D打印技術(shù)主要是在規(guī)定波段的紫外光照射下，使光敏樹脂固化成型的一個過程。具體反應(yīng)過程可分為以下三個階段：

一、光固化成型反應(yīng)階段

1. 鏈引發(fā)階段：光固化3D打印材料光敏樹脂在規(guī)定波段的紫外光照射下產(chǎn)生了活性基團。
2. 鏈增長階段：光敏樹脂中的不飽和雙鍵受活性基團影響產(chǎn)生聚合反應(yīng)。
3. 鏈終止階段：光敏樹脂中的活性基團因為第二階段的聚合反應(yīng)，失去活性，直至光固化反應(yīng)完成。

二、光固化成型3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

光固化成型3D打印技術(shù)相較于其他兩種3D打印技術(shù)，具有以下顯著優(yōu)勢：

1. 固化成型速度更快。
2. 固化成型后力學(xué)性能更優(yōu)異。
3. 打印成型后精度更高，器件更小型化。
4. 打印成型的器件無毒，無刺激性氣味，可以滿足家庭自制三維器件的打印需求，有著更廣泛的應(yīng)用市場。

三、仿生制備的背景與需求

涉及到的3D打印物件對于精確度與可控度有非常高的要求，所以選用光固化3D打印技術(shù)對蜘蛛網(wǎng)及沙漠甲蟲背進行仿生制備。干旱地區(qū)淡水資源的緊缺使得仿生集水受到很大的關(guān)注，自然界中有些生物因為有著特殊的結(jié)構(gòu)，使得它們有非常優(yōu)異的捕集霧氣能力，因此仿生蜘蛛絲與仿生沙漠甲蟲背是兩個重要的研究方向。

目前仿生蜘蛛絲的制備方法主要有靜電紡絲法以及浸漬法，但是鮮有制備整張蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的制備方法。同樣，制備仿生甲蟲背的主要方法為涂層法，利用親/疏水區(qū)域集水，而從甲蟲背的背部結(jié)構(gòu)著手的仿生制備方法也非常少見。

3D打印技術(shù)可以滿足以上兩種仿生方向的不足。3D打印的優(yōu)勢在于，可以根據(jù)軟件設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)1:1復(fù)制，可以設(shè)計出精細可控的蜘蛛網(wǎng)和甲蟲背的背部結(jié)構(gòu)。通過對蜘蛛絲上紡錘體以及甲蟲背的背部結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計，最大化的提升集水效率。制備高效率的集水設(shè)備對于干旱地區(qū)淡水資源的緊缺問題的改善有重要意義。

仿生蜘蛛絲/甲蟲背冷凝集水的理論分析

通過在模擬軟件構(gòu)建蜘蛛絲上紡錘體冷凝集水的熱濕模型，設(shè)計十種不同的紡錘體，探究從形狀、組合、周期以及連接絲的曲率變化對于蜘蛛絲集水效率的影響，有助于深入理解紡錘體集水的相關(guān)機理。通過模擬軟件研究了結(jié)構(gòu)形狀和密度對蒸汽擴散量的影響，揭示了甲蟲背背部脊梁凸起的截面形狀對于集水性能的影響。通過理論模擬對后續(xù)的實驗有一定的指導(dǎo)作用。

3D打印仿生蜘蛛網(wǎng)用于水收集的研究

利用3D打印的優(yōu)勢，設(shè)計了十種不同的蜘蛛絲上紡錘體的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)解釋了制備的3D打印仿生蜘蛛絲上水滴從凝結(jié)、匯聚、運輸、滴落整個集水過程，深入理解了紡錘體的集水機理。在一定濕度環(huán)境內(nèi)，探究了紡錘體的周期變化、紡錘體形狀、相鄰紡錘體連接絲的曲率變化以及不對稱紡錘體形狀對于蜘蛛網(wǎng)的集水性能的影響。并且研究了霧流方向與蜘蛛絲表面親/疏水性因素對集水效果的影響。綜合上述條件逐一篩選遞進，尋找出最優(yōu)的集水結(jié)構(gòu)。

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