研究人员对体积 3D 打印的控制达到了新的水平

文章和图片来源：时间：2024.04.11 点击率： 321

《Advanced Materials Technologies》杂志最近发表了一项由Nathaniel Corrigan、Xichuan Li、Jin Zhang和Cyrille Boyer进行的研究，探讨了体积光刻技术的进展，这是一种开创性的体积式3D打印方法。该研究由悉尼新南威尔士大学先进高分子设计集群和化学工程学院的Boyer实验室的研究人员以及加利福尼亚大学圣地亚哥分校合作完成，提出了新型树脂配方和参数，这些配方和参数可能会显著推动体积光刻技术的发展。

体积式3D打印，特别是体积光刻技术，承诺以前所未有的速度和精度创建复杂的多材料物体。通过利用一种类似于可逆加成断裂链转移（RAFT）自由基聚合的新方法，涉及噻碳酰硫在过程中，该团队不仅增强了打印物体的性能，还显著提高了制造过程的控制和精度。这项研究可能为工业应用开辟新途径，并标志着3D打印技术演进中的重要一步。

通过他们的RAFT过程，该团队实现了对Xolography的控制聚合，这是由初创公司Xolo开创的体积式3D打印方法。Xolography利用不同波长的多束光线在单体槽中交汇。通常情况下，这涉及一个投影和一个基于二极管激光的光源。只有当两种光源同时存在时，双色光引发剂（DCPI）才会激活，从而实现对聚合过程的精确控制。

在单体槽内的特定点，光引发剂触发聚合，理想情况下会产生一个定义明确、结构复杂的物体，速度迅速。Xolography的优势在于其可调属性和无需支撑物即可制造物体的能力，这有望在金钱和时间上节省成本。研究团队探索的另一个显著优势是在单个槽内使用多种材料进行连续打印。

在他们的研究中，该团队专注于适用于Xolography的树脂，特别强调（多）乙烯单体，可能是因为它们对防护服的亲和性。他们成功地使用双酚A二环氧乙烷二丙烯酸酯（BDDA）等树脂以及二乙烯基二甲基丙烯酸酯（DUDMA）等材料创建了一个200微米的棱柱格子结构。随后，还采用了硫醇-迈克尔点击化学反应。在一个实验中，这种硫醇-迈克尔反应使得打印后的物体能够在黑暗中发光。这种打印后的修改具有重要的工业意义。

研究团队进一步探索了通过使用两种不同树脂进行打印来创建多材料结构。最初，他们使用含有二乙烯基二甲基丙烯酸酯（DUDMA）和BTPA（（Z）-2-(2-叔丁氧羰氨基噻唑-4-基)-2-戊烯酸）作为RAFT剂的树脂。首先打印了这些树脂，然后使用硫醇-迈克尔反应进行了修改。在这种修改之后，又在第一层上打印了一种新的树脂，其中包含四羟基甲烷四丙烯酸酯（PETA）、一种暗固化光引发剂（DCPI）和三乙胺（TEA）。尽管PETA存在皮肤毒性等风险，而TEA具有鱼腥味和潜在的呼吸道和眼部刺激，但该过程成功地产生了一个多材料物体。

这些经验丰富的研究人员对体积式3D打印产生了浓厚的兴趣，这是一件美好的事情。就我个人而言，我对化学成分有些担忧，但希望它在3D打印机及其环境中是安全的。体积式3D打印似乎是更快速构建零件的下一个步骤。但仅仅因为它看起来合乎逻辑，并不意味着它将是可扩展和可靠的工艺。

我对减少手工后处理制造物体的潜力感到振奋。多材料零件还可能导致新型零件的出现，例如微流体零件或工业制造零件。我们可能能够通过体积式3D打印显著延长槽聚合的时间。然而，我们不应假设这是一个既定的结论。例如，这些打印机的零件尺寸可能会受到限制，或者材料成本可能会使这些工艺对工业制造应用来说过于昂贵。我们还没有完全了解这项技术的局限性，以及它最适合哪些零件。此外，已经安装了成本非常低廉的SLA和DLP系统，这可能意味着行业可能不愿意改变。还有其他竞争性工艺可供选择，例如Quantica公司推出的更新的喷墨工艺，而其他基于光的技术正在扩展其属性范围。但是，这是对体积式3D打印可能带来的非常有前途的展望。

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