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多波長光固化3D打印多種樹脂材料

光固化
2019
06/10
17:04
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供稿人:何垚垚 張航

在光固化領(lǐng)域,威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家開發(fā)出一種新型3D打印機,它擁有可見光和紫外光兩種模式,可以同時打印多種光敏樹脂材料。

該方法利用多材料光固化空間控制(MASC)技術(shù),在增材制造過程中根據(jù)不同的材料化學(xué)成分選擇不同的光源波長。多組分光敏素包括具有相應(yīng)的自由基和陽離子引發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。在長波長(可見光)照射下,觀察到丙烯酸酯組分的優(yōu)先固化。在短波長(UV)照射下,摻入丙烯酸酯和環(huán)氧化物組分的組合優(yōu)先固化。這使得能夠生產(chǎn)含有硬質(zhì)環(huán)氧化物網(wǎng)絡(luò)的多材料部件,與軟水凝膠和有機凝膠形成對比。 MASC配方的變化極大地改變了打印樣品的機械性能。使用不同MASC配方打印的樣品具有空間控制的化學(xué)不均勻性,機械各向異性和空間控制的膨脹。圖1為使用BA-1 MASC制劑打印的樣品的壓縮測試應(yīng)變圖,表1為光敏樹脂配方。



圖1 設(shè)計圖、打印模型和代表性應(yīng)力


表1 光敏樹脂配方



在實際操作中,研究人員同時將來自兩臺投影儀的光線導(dǎo)向一大桶液體原材料,在平臺上逐層構(gòu)建。構(gòu)建一個層之后,構(gòu)建平臺向上移動,然后構(gòu)建下一層。研究人員面臨的主要障礙是優(yōu)化原料的化學(xué)性質(zhì)。他們首先考慮了兩種單體在一個桶中的表現(xiàn)。他們還必須確保單體具有相似的固化時間,以使每層內(nèi)的硬質(zhì)和軟質(zhì)材料在大約相同的時間內(nèi)完成干燥。通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng),研究人員現(xiàn)在可以通過紫外線或可見光確切地確定每種單體在打印物體內(nèi)固化的位置。

參考文獻:
JJ Schwartz,AJ Boydston. Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing [J]. Nature Communications, 2019, 10:791.

供稿人:何垚垚 張航 供稿單位:機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室
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