由有机物质生产的可渗透三维 (3D) 整体可用于广泛的能量存储、隔热和生物工程应用。然而，缺乏物理定制和 3D 单体的形状准确性严重限制了它们在几个实际应用中的有用性。

Additive Manufacturing杂志上的一篇预校样论文通过利用基于材料挤出的 3D 打印技术从纤维素纳米纤维生产 3D 可定制的整体来解决这个问题。

三维 (3D) 巨石：概述和挑战

在过去的几十年中，学术和技术团体在三维 (3D) 巨石领域取得了显着进展。随着对定制电子设备的需求不断增长，人们投入了大量精力来生产具有可定制形式和独特功能的 3D 单体，用于各种应用，例如储能、隔热和压力传感器。

迄今为止，碳纳米结构、纤维素纳米纤维、MXene 纳米薄片、石墨烯和聚合物材料已被广泛用于制造 3D 可渗透的整体材料。这些建筑组件的固有属性反映在他们的 3D 作品中，从而产生了独特的整体质量。

然而，大多数用于创建 3D 整体的制造技术都难以控制，因此很难满足特定情况的标准。因此，生产具有可接受的形状精度和可重复性的实用且具有成本效益的多面 3D 整体仍然是一个重要问题。

用于制造 3D 多孔单块的 3D 打印

3D 打印是一种独特的制造方法，它采用逐层技术，使用数字设计快速创建可定制的 3D 设计。直接墨水书写 (DIW) 是最流行的 3D 打印方法之一，因为它具有可调节的挤压方式和简单的操作模式。

与传统的 3D 打印程序不同，DIW 可以将多种物质混合到墨水中，并将它们打印成复杂的几何结构。因此，DIW 方法在制造可配置、多用途 3D 单体方面具有广阔的前景。

然而，出色的油墨流变效率对于确保 3D 打印后的高结构强度至关重要。挤压材料的精度也会受到 3D 打印设置的影响。

因此，在使用 DIW 3D 打印技术创建 3D 整体时，创建具有适当流变行为的粘弹性墨水并优化伴随的打印过程至关重要。

纤维素纳米纤维：3D 打印的未来

开发可持续、丰富和一次性的材料来替代 3D 打印单体中的石油衍生资源对于实现联合国可持续发展目标 (SDG) 至关重要。由可再生资源产生的纤维素纳米纤维 (CNF) 因其天然可用性、良好的生物相容性、宽表面积和不同的表面组成而成为制造耐用 3D 多功能整体材料的有吸引力的候选者。

更重要的是，基于纤维素纳米纤维的悬浮液具有可控的流变特性，可以通过改变纤维素纳米纤维的形态、尺寸和表面特性来进行调整。在 3D 打印过程中调整固体成分是控制纤维素纳米纤维流变特性的简单方法。

这种非凡的特性使纤维素纳米纤维能够有效地利用 3D 打印墨水。在 DIW 3D 打印技术中使用纤维素纳米纤维墨水为创建可定制的 3D 整体开辟了新的可能性。然而，获得高质量的 3D 打印单体仍然是广泛使用的关键障碍。

当前研究的亮点和主要发展

本文描述了通过调整流变特性和 3D 打印设置，以及它们在储能和隔热领域的适用性，用纤维素纳米纤维 3D 打印可定制的整体。

用于 DIW 3D 打印的弹性墨水是使用从油棕木中提取的纤维素纳米纤维制备的。深入研究了纤维素纳米纤维含量对流变特性和 3D 加工性能的影响。

进行了理论研究和计算流体动力学模拟，以更好地理解基于纤维素纳米纤维的墨水的放电流动特性。然后修改纤维素纳米纤维的 3D 打印设置，产生一系列具有卓越几何精度的可定制 3D 整体。

由纤维素纳米纤维制成的支架具有多孔结构、优异的机械特性和低热传导性。此外，多孔纤维素纳米纤维支架可用作苯胺原位聚合（ANi）的平台。

本研究中使用纤维素纳米纤维生产的 3D 打印单块具有可再生性、可定制几何形状、生态友好性和形状保真度，在各种应用领域中作为多功能支架具有巨大潜力。