多波長(zhǎng)光固化3D打印多種樹(shù)脂材料

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(kāi)發(fā)出一種新型3D打印機(jī)，它擁有可見(jiàn)光和紫外光兩種模式，可以同時(shí)打印多種光敏樹(shù)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(guò)程中根據(jù)不同的材料化學(xué)成分選擇不同的光源波長(zhǎng)。多組分光敏素包括具有相應(yīng)的自由基和陽(yáng)離子引發(fā)劑的丙烯酸酯和環(huán)氧化物基單體。在長(zhǎng)波長(zhǎng)（可見(jiàn)光）照射下，觀察到丙烯酸酯組分的優(yōu)先固化。在短波長(zhǎng)（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(jī)凝膠形成對(duì)比。 MASC配方的變化極大地改變了打印樣品的機(jī)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(jī)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(cè)試應(yīng)變圖，表1為光敏樹(shù)脂配方。

圖1 設(shè)計(jì)圖、打印模型和代表性應(yīng)力

表1 光敏樹(shù)脂配方

在實(shí)際操作中，研究人員同時(shí)將來(lái)自兩臺(tái)投影儀的光線導(dǎo)向一大桶液體原材料，在平臺(tái)上逐層構(gòu)建。構(gòu)建一個(gè)層之后，構(gòu)建平臺(tái)向上移動(dòng)，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(gè)桶中的表現(xiàn)。他們還必須確保單體具有相似的固化時(shí)間，以使每層內(nèi)的硬質(zhì)和軟質(zhì)材料在大約相同的時(shí)間內(nèi)完成干燥。通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，研究人員現(xiàn)在可以通過(guò)紫外線或可見(jiàn)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(xiàn)：
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(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室