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新型3D打印技術可從單一樹脂中提取兩種固體材料

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-06-06 16:11:05

大多數(shù)人想到3D打印時，腦海中浮現(xiàn)的都是熔融沉積成型（FDM）技術。簡而言之，F(xiàn)DM打印機通過噴嘴在打印床上來回移動，將熔融的熱塑性材料逐層沉積，從而打印出物體。雖然3D打印確實是一項新興技術，但它受限于通常只能使用單一材料打印物品。新系統(tǒng)仍然只使用一種打印樹脂，但這種樹脂可以根據(jù)需要形成兩種不同的固體材料。

使用新系統(tǒng)制作的微型 3D 打印鏈條

然而，當速度和/或精細細節(jié)特別重要時，可以使用一種稱為桶光聚合（VP）的工藝。這項技術需要將聚焦的光線照射到盛有感光樹脂的透明容器壁上。這樣做會使容器內特定區(qū)域的樹脂聚合成多層固體材料。完成后的固體物品會被從容器中取出，其余仍處于液態(tài)的樹脂則留在容器內。

當使用 VP 打印具有復雜特征（例如懸垂和拱形）的物體時，通常會添加結構支撐，以防止這些特征在打印過程中下垂。打印完成后，必須手動將這些支撐從成品物體上切除。這是一個相當繁瑣的過程，可能會意外損壞物體。

這就是實驗性新 VP 系統(tǒng)的用武之地。

該系統(tǒng)由加州大學圣巴巴拉分校和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 的科學家研發(fā)，采用一種主要由環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯單體制成的樹脂。它還采用了一臺同時發(fā)射紫外線和可見光束的打印機。也就是說，通過獨立地將打印機內的微鏡傾斜到不同的角度，兩束光可以分別引導到每個打印層內不同像素寬度的位置。

當樹脂暴露在紫外線下時，環(huán)氧單體會硬化，形成物體的永久部件。而當樹脂暴露在可見光下時，丙烯酸酯單體會硬化，形成支撐結構。重要的是，當物體隨后浸入氫氧化鈉（又稱堿液）溶液中時，這些支撐結構——而且只有這些支撐結構——會在15分鐘內溶解。

科學家們已經(jīng)利用這項技術打印出棋盤格圖案、十字架、鏈條、籠子里的球以及螺旋狀結構中的兩個球等物品。未來，這項技術或許能用于制造更實用的物品，例如組織工程支架、關節(jié)和鉸鏈。

“光聚合技術以其快速和高分辨率的打印而聞名，但打印后最令人頭疼的部分之一，是手動移除復雜的互鎖和懸垂結構的支撐，”LLNL 的 Maxim Shusteff 說道，他與 LLNL 的 Sijia Huang 共同領導了這項研究。“我們非常興奮，能夠用簡單的化學方法解決這個問題。”

該研究成果發(fā)表在最近發(fā)表于《ACS Central Science》雜志上的一篇論文中。

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