近日，上海科技大学创意与艺术学院智造系统工程中心武颖娜课题组在《今日材料物理学》（Materials Today Physics）期刊上发表了题为“Fabrication and property research of a new 3D-printable magnetorheological elastomer (MRE)”的研究论文。针对磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer, MRE）作为智能阻尼、磁控吸波材料的应用前景，设计合成了一种新型可打印MRE（Printable MRE, p-MRE）材料，并首次采用3D打印技术制备出了磁流变性能优异的p-MRE样品。
MRE具有优异的磁场可控性能，可实现振动控制、吸波降噪、触觉传感等功能，但受到传统模具成型工艺的限制，难以制备复杂的结构和形状，限制了诸多复杂场景下的应用。随着无模具成型的3D打印技术迅速发展，为制备复杂结构的MRE提供了可能。p-MRE原材料的设计与合成、3D打印工艺的开发以及磁流变性能的调控，是制备复杂结构MRE零件的难点和挑战。
武颖娜课题组设计了一种基于热塑性聚氨酯（TPU）和羰基 铁粉（CIP）成分的p-MRE，在实验室首次研发合成了具有优异打印性能的p-MRE颗粒料，并基于优化的熔融沉积成型打印策略系统研究了打印路径对p-MRE样品的MR性能影响规律，发现并利用环状微回路的类磁滞效应解释了环形打印路径可以增强p-MRE整体类磁滞效应从而有效提高MR性能的现象。研究结果表明，70 wt.% CIP含量的p-MRE具有良好的弹性变形性能及FDM打印质量；环形打印路径有助于形成CIP环形微回路，进而增强类磁滞效应，并影响综合MR效应，测试结果显示其最大绝对MR效应为4.2MPa，最大相对MR效应为620%。本研究制备的p-MRE综合磁流变性能超过其他已报导的p-MRE，达到传统模压MRE的优异性能。和传统MRE相比，p-MRE具有结构形状打印可控、性能设计灵活可调等优势，应用前景更为广泛。
本研究首次验证了3D打印路径调控磁流变弹性体性能的可行性，课题组将借助人工智能的算法实现打印工艺可控，制备具有复杂结构的p-MRE零件，持续探索p-MRE零件在智能汽车、航空、深海、医疗器械等领域技术转化和应用和的可能性。上海科技大学是该成果的第一完成单位，智造系统工程中心的2021级硕士研究生彭泽州为第一作者，武颖娜研究员和徐惠宇副研究员为共同通讯作者。
图1. p-MRE颗粒的混炼合成工艺路线
图2. 分别采用线性路径 （a）和环形路径（b）打印的p-MRE样品的磁流变性能曲线
图3. 不同MRE的综合MR性能比较
图4.（a）磁场强度与CIP颗粒填充形式、填充密度关系的解释;（b, c）在低剪切振幅下观察到的剪切模量-磁场曲线顶部坍塌现象
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