浙江大學(xué)謝濤團(tuán)隊(duì)：實(shí)現(xiàn)數(shù)字光處理3D打印熱塑性聚合物,！

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿

背景介紹
3D打印見證了一個(gè)高度復(fù)雜的定制產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)的新時(shí)代,。因此,，3D打印在醫(yī)療設(shè)備,、航空航天結(jié)構(gòu),、能源設(shè)備和軟機(jī)器人等工程應(yīng)用中顯示出巨大的應(yīng)用前景,。然而,，目前3D打印依然受到各種因素的限制，其中打印速度和材料的通用性是最關(guān)鍵的,。在打印速度方面,，采用數(shù)字光處理(DLP)的逐層打印比采用熔融沉積成型(FDM)和立體光刻(SLA)等方法的逐點(diǎn)打印具有明顯的優(yōu)勢(shì),。對(duì)DLP的進(jìn)一步創(chuàng)新，如z-維的連續(xù)構(gòu)建,，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何其他方法的打印速度,。一般來(lái)說(shuō)，DLP采用多官能度的液態(tài)樹脂,，在數(shù)字光照射下,，樹脂發(fā)生交聯(lián)，形成熱固性聚合物,，實(shí)現(xiàn)快速液固分離,，但打印得到的熱固性聚合物無(wú)法再加工，限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用,。原則上,，如果將DLP技術(shù)擴(kuò)展到可再加工的熱塑性聚合物，就可以克服這一限制,。液態(tài)單體和對(duì)應(yīng)的低分子量非交聯(lián)聚合物通常具有很好的混溶性,，所以想要獲得單體和非交聯(lián)聚合物之間能夠快速分離的獨(dú)特DLP技術(shù)并不簡(jiǎn)單。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903970

本工作實(shí)現(xiàn)了熱塑性聚合物的DLP 3D打印技術(shù)

成果簡(jiǎn)介
近日,，來(lái)自浙江大學(xué)化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授謝濤課題組,，報(bào)道了通過(guò)控制打印過(guò)程中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程 (聚合和聚合物溶解) 來(lái)實(shí)現(xiàn)熱塑性聚合物DLP 3D打印的成功嘗試。以選定的單體4 -丙烯酰嗎啉(ACMO)為例,，演示了熱塑性三維支架的打印,，利用其獨(dú)特的水溶性特性，可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為各種材料/設(shè)備,。ACMO的超低粘度,，加上表面氧阻聚，使新鮮樹脂快速鋪展在已固化的平面,，可實(shí)現(xiàn)高速3D打印,。該工藝簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和材料的通用性拓寬了3D打印在構(gòu)建功能3D設(shè)備 (包括可重構(gòu)天線、形狀移動(dòng)結(jié)構(gòu)和微流體) 方面的應(yīng)用范圍,。該研究成果以題為“RapidOpen-Air Digital Light 3D Printing of Thermoplastic Polymer”的論文發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊AdvancedMaterials上（見文后原文鏈接）,。

圖文速覽

圖1. DLP打印熱塑性ACMO樹脂的可行性。a)自上而下的DLP設(shè)備和打印配方,。b) ACMO樹脂與商用熱固性丙烯酸酯樹脂(FSL-C, S-MAKER)的固化動(dòng)力學(xué)對(duì)比,。c) 多種打印結(jié)構(gòu)。d) UV固化后打印出不同半徑的柱子,。e) 微型開爾文晶格及其SEM結(jié)構(gòu),。

圖2.快速敞口打印過(guò)程。a)表面氧阻聚在固化樹脂切片內(nèi)沿z方向深度衰減,。b)分子量和雙鍵轉(zhuǎn)化率沿z方向深度變化的定量分析,。c)光照時(shí)間對(duì)抑制表面氧阻聚深度的影響,。d)氬氣處理樹脂、對(duì)照樣品與氧氣處理樹脂快速打印模型比較,。

圖3. ACMO聚合物的熱塑性特性,。a) 隨著配方中硫醇含量的增加，流動(dòng)性增強(qiáng),。b) 硫醇含量對(duì)聚合物分子量和熔融指數(shù)的影響,。c) 熱塑性聚合物和商用熱固性樹脂打印件的水溶性對(duì)比 d) 硫醇含量對(duì)聚合物分子量和溶解動(dòng)力學(xué)的影響。

圖4.演示了犧牲模塑的應(yīng)用,。a) 環(huán)氧SMP形狀記憶循環(huán),。b) 基于液體金屬的可重構(gòu)天線的制造工藝。c) 可重構(gòu)天線的頻率調(diào)諧,。d) 基于PDMS的微流控裝置,。

亮點(diǎn)小結(jié)
從原理、材料和工藝出發(fā),，本工作將DLP打印的范圍從熱固性聚合物拓展到了熱塑性聚合物,，利用材料本身粘度低，表層氧阻聚嚴(yán)重的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了高速打印,。此外,，將一些無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)DLP技術(shù)打印的材料，使用DLP打印熱塑性聚合物作為犧牲模具,，實(shí)現(xiàn)了這些材料的DLP打印,。該工作實(shí)現(xiàn)了高速打印熱塑性聚合物，這可能會(huì)帶來(lái)更多的技術(shù)機(jī)遇,，超出本研究所展示的成果,。本工作第一作者為浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院在讀博士生鄧詩(shī)泓，論文的第一通訊作者為謝濤教授,，論文第二通訊作者為吳晶軍博士,。