3D打印后體積還能變大40倍，高膨脹發(fā)泡光敏樹(shù)脂

2020年4月24日，南極熊從外媒獲悉，來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系的研究人員團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出了一種膨脹發(fā)泡樹(shù)脂，可用于SLA 3D打印機(jī)。

這種樹(shù)脂能夠在紫外線固化后進(jìn)行熱誘導(dǎo)膨脹，可以制造出比打印機(jī)的打印尺寸大得多的零件。例如，你3D打印了一只熊大，那么就會(huì)變成熊大大大·······

3D打印的樹(shù)脂球體，被加熱后逐漸膨脹變大，照片由加州大學(xué)圣地亞哥分校提供

幾何限制

使用現(xiàn)代制造技術(shù)（包括增材和減材）生產(chǎn)的零件通常受機(jī)器的工作空間或制造面積的限制。由于這個(gè)原因，大型機(jī)械系統(tǒng)需要由較小的零件組成，這些零件被緊固、焊接或粘合在一起。

研究人員以打破這些幾何尺寸限制的束縛為目標(biāo)，并列舉了建筑、航空航天、能源和生物醫(yī)學(xué)等技術(shù)要求高的領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

3D打印可膨脹樹(shù)脂

研究的第一階段重點(diǎn)是選擇一種單體作為聚合物樹(shù)脂的組分。該單體必須可被紫外線固化，固化時(shí)間相對(duì)較短，并顯示出適用于高應(yīng)力應(yīng)用的理想機(jī)械性能。該團(tuán)隊(duì)在測(cè)試了三個(gè)潛在的候選單體后，最終確定了2-羥乙基甲基丙烯酸酯（我們就叫它HEMA）。

鎖定了單體之后，研究人員開(kāi)始尋找最佳的光引發(fā)劑濃度和合適的發(fā)泡劑與HEMA配對(duì)。研究人員對(duì)兩種光引發(fā)劑進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)的405納米紫外光下的固化性，這種光引發(fā)劑在大多數(shù)SLA系統(tǒng)中普遍存在。光引發(fā)劑以1:1的比例組合，并以5%的重量混合，以獲得最佳效果。發(fā)泡劑---用于促進(jìn)HEMA細(xì)胞結(jié)構(gòu)的膨脹，從而產(chǎn)生 "發(fā)泡"--是比較難找的。許多測(cè)試過(guò)的發(fā)泡劑都不溶于水或難以穩(wěn)定，但研究小組最終確定了一種非傳統(tǒng)的發(fā)泡劑，這種發(fā)泡劑通常用于聚苯乙烯類聚合物。

復(fù)雜的成分混合物被用來(lái)配制最終的光聚合物樹(shù)脂，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手3D打印一些不太復(fù)雜的CAD設(shè)計(jì)。這些模型在Anycubic設(shè)備上3D打印，并在200℃的溫度下加熱長(zhǎng)達(dá)10分鐘。熱量分解了發(fā)泡劑，激活了樹(shù)脂的發(fā)泡作用，使模型的尺寸擴(kuò)大。在比較膨脹前和膨脹后的尺寸后，研究人員計(jì)算出了高達(dá)4000%(40倍)的體積膨脹率，使3D打印的模型突破了Photon構(gòu)建板的尺寸限制。由于膨脹材料的密度極低，研究人員認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)可以用于輕量化的應(yīng)用，如氣浮膜或浮力輔助器等。

熱處理前后的3D打印模型，照片由加州大學(xué)圣地亞哥分校提供。

該研究更多細(xì)節(jié)可以在論文 "Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing" 中找到。該論文由David Wirth、Anna Jaquez、Sofia Gandarilla、Justin Hochberg、Derek Church和Jonathan Pokorski共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry