日本橫濱國立大學(xué)開發(fā)出3D打印多材料多色彩微結(jié)構(gòu)的新方法

2020年9月21日,，南極熊從外媒獲悉,，日本橫濱國立大學(xué)(YNU)的研究人員設(shè)計了一種新的3D打印方法,，能夠使用不同的材料3D打印多色微結(jié)構(gòu),。

團(tuán)隊基于立體光刻技術(shù)(SLA)讓幾種樹脂處于液滴狀態(tài)，這使得它們在打印過程中可以進(jìn)行交換,，而不會造成空隙或交叉污染,。利用他們新穎的生產(chǎn)工藝，科學(xué)家們創(chuàng)造出了許多多色多材料的物體,，同時產(chǎn)生的浪費較少,。

研究人員稱，新的打印方法可用于生產(chǎn)一系列的光學(xué)部件,，如傳感器和執(zhí)行器,，甚至可用于醫(yī)療行業(yè)內(nèi)。

YNU研究項目的團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Shoji Maruo說："將多種材料結(jié)合在一起,，可以創(chuàng)造出用單一材料無法實現(xiàn)的功能,。像我們這樣的方法，可以實現(xiàn)多材料結(jié)構(gòu)的單步制造,，省去了組裝工序,，可以實現(xiàn)高精度、低成本的設(shè)備生產(chǎn)。"

△橫濱研究人員開發(fā)了一種裝置,，可以防止材料切換時的交叉污染,，圖片來自YNU

多材料3D打印的魅力

多材料3D打印方法，可以利用各種不同樹脂的特點,，創(chuàng)造優(yōu)化的高功能結(jié)構(gòu),。近年來，世界各地的研究人員都在開發(fā)自己的多材料打印方法,。

來自哥倫比亞大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種綽號為 "反向激光燒結(jié) "的技術(shù),，它可以同時燒結(jié)多種類型的粉末。同時,，德國3D打印機(jī)制造商voxeljet也優(yōu)化了高速燒結(jié)（HSS）工藝,，以提供具有多材料特性的部件。

Stratasys在過去幾年中也通過J750系統(tǒng)提供了多材料解決方案,，在2017年Formnext上首次亮相,。

然而，根據(jù)橫濱科學(xué)家的說法,，這些方法都有類似的缺陷,。在現(xiàn)有的多材料SLA中,，樹脂被擠出,，然后在同一通道內(nèi)迅速切換。

由此產(chǎn)生的交叉污染,，使樹脂無法重復(fù)使用,，經(jīng)常需要更換，導(dǎo)致材料浪費增加,。雖然可以引入清洗工藝來減少浪費,，但這通常會限制可以使用的樹脂數(shù)量，首先就違背了多材料打印的目的,。

△利用他們新穎的生產(chǎn)方法,，研究人員能夠同時使用四種不同的3D打印材料，圖片來自《光學(xué)材料快報》雜志

橫濱團(tuán)隊的新型3D打印方法

為了克服之前開發(fā)的SLA技術(shù)的缺點,，橫濱團(tuán)隊開發(fā)了一種兩階段的清洗工藝,。首先，制作一個玻璃調(diào)色板,，可儲存多滴樹脂和兩個清洗溶劑罐,。然后，調(diào)色板被安裝到線性平移平臺上,，其中第二個罐中的空氣吹掃裝置用于干燥材料,，消除任何交叉污染的可能性。

△材料更換和清洗的流程

在測試他們的新型3D打印方法時,，研究人員注意到,，當(dāng)他們交換光固化樹脂時,，3D模型中開始形成氣泡�,？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)很難通過減慢過程來抑制氣泡,，于是他們嘗試著將模型水平移動，同時保持在調(diào)色板上方,，并留下一個小的間隙,。

△清洗過程中通過清洗工藝的不同進(jìn)行污染評價實驗。(a) 使用透明和綠色樹脂的立方體模型,，(b)只使用一次清洗的樹脂立方體模型的側(cè)視圖,。
（c）同時進(jìn)行一次和二次清洗的立方體模型側(cè)視圖。

利用他們修改后的生產(chǎn)方法,，團(tuán)隊能夠?qū)�氣泡推出打印區(qū)域,，使3D打印出的物體不存在任何空隙。研究人員后來重新測試了他們的技術(shù),，將多種不同的光固化樹脂放入他們的調(diào)色板中,，并利用它們制造出各種微小的微結(jié)構(gòu)。

△橫濱團(tuán)隊通過3D打印一個具有四種不同顏色的50層立方體來測試他們的新方法,，圖片來自《Optical Materials Express》雜志

在一次這樣的實驗中,，團(tuán)隊花了6個小時完成，通過交換五種顏色的樹脂250次,，創(chuàng)造了一個多色的50層立方體,。對3D打印物體的總結(jié)評估驗證了科學(xué)家們的方法，因為他們成功地將多種樹脂集成到一個產(chǎn)品中,，而沒有造成任何污染或空隙,。

Maruo說："這種方法不僅可以應(yīng)用于多色樹脂，還可以應(yīng)用于更廣泛的材料,，例如,，將各種陶瓷微顆粒或納米顆粒與光固化樹脂混合,，可以用來3D打印各種類型的玻璃,。它還可以與生物相容性陶瓷材料一起使用，以創(chuàng)建用于再生骨骼和牙齒的支架,。"

在團(tuán)隊初步測試成功后,，他們認(rèn)為他們新穎的SLA 3D打印方法是成功的�,？茖W(xué)家們不僅成功地防止了任何交叉污染,，而且他們還證明了可以同時使用四種不同的材料。團(tuán)隊預(yù)測，他們的技術(shù)可以部署在生產(chǎn)功能性終端設(shè)備的過程中,，應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域,。

Maruo總結(jié)道："使用3D打印制造多材料微尺度光學(xué)元件的能力，可以幫助用于醫(yī)療治療和診斷的光學(xué)設(shè)備的小型化,，這可以提高在身體內(nèi)或身體上使用這些設(shè)備的能力,，同時還可以使它們成為一次性的，這將有助于提供先進(jìn)和安全的醫(yī)療診斷,。"

研究人員的研究結(jié)果詳見他們在《Optical Materials Express》雜志上發(fā)表的題為 “Multi-material microstereolithography using a palette with multicolor photocurable resins,”的論文,。論文由Taiki Maruyama、Hotaka Hirata,、Taichi Furukawa和Shoji Maruo共同撰寫,。


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ome-10-10-2522.pdf (1.84 MB, 下載次數(shù): 266)

2020-9-21 13:38 上傳

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編譯自：3dprintingindustry