立陶宛從大豆中提取出一種環(huán)保的3D打印生物樹脂

2020年6月23日，南極熊從外媒獲悉，維爾紐斯大學(xué)和考納斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種環(huán)保、可回收的樹脂，用于光固化3D打印（O3P）工藝。

這種生物樹脂源自大豆，滿足了3D打印中使用的傳統(tǒng)聚合物的技術(shù)、功能和耐久性要求，同時(shí)以較低的成本提高了生物兼容性。這種新的生物材料可用于小批量生產(chǎn)服務(wù)，使O3DP制造走向采用生物基樹脂，而不是不可回收的石油衍生光聚合物。

DLP測試過程，圖片來自《科學(xué)報(bào)告》

3D打印中光聚合物環(huán)保的替代品

生物基聚合物由于其碳中和、生物降解和可回收性，越來越多地被3D打印行業(yè)采用，作為光聚合物的替代品。例如，植物油廣泛存在，可作為許多聚合物替代品的起始材料，同時(shí)顯示出固有的可降解性和低毒性。同時(shí)，O3DP工藝也被開發(fā)出來，作為實(shí)現(xiàn)低廢物生產(chǎn)的一種方法，但許多方法仍然依賴于石油衍生的樹脂。

O3DP制造方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如其集成了后處理技術(shù)，可以制造自由形狀的結(jié)構(gòu)，作為生產(chǎn)純玻璃、陶瓷和金屬物體的3D模板。此外，該生產(chǎn)技術(shù)還可以靈活地制造多維、分層或任意結(jié)構(gòu)，這在一定范圍內(nèi)加速了3D打印工藝的應(yīng)用。

為了繼續(xù)收獲O3DP打印的好處，盡管是以一種更環(huán)保的方式，立陶宛的研究人員設(shè)計(jì)了他們的新生物聚合物。這種由大豆提取物構(gòu)建的樹脂適用于從納米（數(shù)百納米）到宏觀尺寸（厘米）的O3DP。此外，通過優(yōu)化打印過程中的脈沖曝光，該樹脂可以進(jìn)行純粹的加工，而無需添加任何人工光引發(fā)劑（PI）。

圖片顯示了使用新型生物樹脂可以實(shí)現(xiàn)的空間分辨率和應(yīng)用，圖片來自《科學(xué)報(bào)告》

環(huán)保樹脂的測試和分析

根據(jù)不同的應(yīng)用，樹脂需要不同的照射強(qiáng)度和可實(shí)現(xiàn)的分辨率，該團(tuán)隊(duì)選擇了丙烯酸化環(huán)氧大豆油（AESO）來展示生物基樹脂在O3DP中的適用性。例如，大多數(shù)桌面3D打印機(jī)都兼容丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯樹脂，用于宏觀尺度物體的原型制作。

同時(shí)，AESO材料的優(yōu)勢在于，它適合制造跨越五個(gè)數(shù)量級(jí)的物體。此外，據(jù)研究人員介紹，他們的生物樹脂之所以適合采用O3DP方法，不僅僅是因?yàn)闆]有PIs等吸光化合物。材料的最終化學(xué)配方、物理特性、粘度和反應(yīng)機(jī)制，對(duì)決定其3D光結(jié)構(gòu)品質(zhì)和可回收性也有重要影響。

在標(biāo)準(zhǔn)的Formlabs Form 2光學(xué)系統(tǒng)上使用投影儀(DLP)3D打印，立陶宛團(tuán)隊(duì)制作了一系列不同比例的基準(zhǔn)樣品。這些模型包括兩個(gè)被命名為 "塔 "和 "馬文 "的國際象棋風(fēng)格的作品，一個(gè)非線性光刻（NLL）打印的腳手架結(jié)構(gòu)，以及外部尺寸達(dá)到數(shù)百μm、單個(gè)特征只有幾μm的光柵。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，這些部件的特性證明了他們的樹脂除了適合快速原型制造外，還適合按需提供小批量的商業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)。

立陶宛研究人員制作了一系列3D打印模型，以展示他們新樹脂的品質(zhì)（如圖），圖片來自《科學(xué)報(bào)告》

Asiga Pico2 39 UV和Autodesk Ember DLP 3D打印機(jī)被總結(jié)用于測試定制樹脂的線性吸收和對(duì)宏觀增材制造的適用性。打印的對(duì)象顯示出與使用聚合物樹脂生產(chǎn)的類似的層厚，額外的NLL測試使用了常見的激光光刻設(shè)置，方便3D打印精確的毫米級(jí)原型。此外，還展示了特征尺寸小于1μm的周期性結(jié)構(gòu)的精細(xì)制造，這意味著生產(chǎn)并不局限于龐大的單片物體。

總的來說，AESO樹脂與現(xiàn)有的O3DP樹脂相比具有明顯的性能優(yōu)勢，因?yàn)樗�可以用DLP或NLL打印加工，同時(shí)保持了60%以上的生物可再生碳。此外，通過將AESO與稀釋劑和PIs混合，AESO的流變性和光學(xué)特性很容易被改變，使得該團(tuán)隊(duì)能夠從單一材料中生產(chǎn)出多尺度（從數(shù)百納米到厘米）的物體。

AESO樹脂的機(jī)械性能，如其彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等，目前仍在研究中，據(jù)研究小組介紹，研究結(jié)果將另行公布。盡管如此，該樹脂所表現(xiàn)出的與一系列O3DP技術(shù)的兼容性，可以從根本上使桌面3D打印機(jī)所有者制造產(chǎn)品變得更簡單、更實(shí)惠，而且是以更環(huán)保的方式。

研究人員的研究結(jié)果詳見他們于2019年6月16日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上的題為 "A Bio-Based Resin for a Multi-Scale Optical 3D Printing "的論文。該報(bào)告由Edvinas Skliutas、Migle Lebedevaite、Sigita Kasetaite、Sima Rekštytė、Saulius Lileikis、Jolita Ostrauskaite和Mangirdas Malinauskas共同撰寫。



編譯自：3dprintingindustry