未來3D打印的新方法，一次可打印整層

2022年6月9日，南極熊獲悉，QUT科技大學(xué)化學(xué)與物理學(xué)院的科研人員，開創(chuàng)了一種新的3D打印方法。目前，已經(jīng)使用交叉光束來控制先進(jìn)材料中的化學(xué)反應(yīng)，為未來在3D打印機(jī)中的使用鋪平了道路，通過該技術(shù)方法，未來打印機(jī)可以一次打印整個(gè)層，而不是一個(gè)點(diǎn)。

△穩(wěn)定的環(huán)丁烯二酮（紫外光）和紅移的鄰位取代的四氯化物偶氮苯（橙色光）的雙色活化能夠在聚合物交聯(lián)中形成連接產(chǎn)物

根據(jù)Walden博士的說法，光是激活化學(xué)過程的特別理想工具，因?yàn)樗�在啟�?dòng)反應(yīng)時(shí)提供了理想的精確性。“QUT的軟物質(zhì)材料小組研究人員，過去對(duì)該研究的大部分工作，都在使用激光束光照射到材料的整個(gè)體積上，觀測(cè)開始和停止產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，”

△光可逆乙烯酮偶聯(lián)

針對(duì)上圖的注釋：A3和K3雙色光活化的反應(yīng)機(jī)理，只有在暴露于385 nm和625 nm時(shí)，才會(huì)發(fā)生鍵形成，分別產(chǎn)生P4或P5。
B在暴露于350 nm、16 mW 激光照射期間氯仿中K3的原位吸收光譜，顯示快速切換到乙烯酮K3（左軸）與波長相關(guān)的切換率（右軸）疊加。上圖突出顯示了K3與溫度相關(guān)的熱恢復(fù)率。在輻照期間從指數(shù)擬合到310 nm吸光度確定切換速率。誤差線表示最小二乘擬合的變化。
C、DSEC和SEC-MS數(shù)據(jù)A3（氯仿中10 mmol/L）在輻照前（橙色）和輻照15分鐘后用385 nm和625 nm產(chǎn)生P5（綠松石色）。僅使用一種波長（分別為385nm或625nm）的對(duì)照實(shí)驗(yàn)以灰色表示。

他解釋道。“在這種情況下，我們有兩個(gè)不同顏色的光束，而反應(yīng)只發(fā)生在兩個(gè)光束相交的地方……。我們用一種顏色的光來激活一個(gè)分子，用第二種顏色的光來激活另一個(gè)分子。在兩束光束相遇的地方，兩個(gè)活化分子發(fā)生反應(yīng)，形成固體材料……。

在3D打印機(jī)工作中，通常，噴墨打印機(jī)需要在二維空間中移動(dòng)，在向上移動(dòng)以在頂部打印另一層之前，緩慢打印一個(gè)2D層…… 但使用我們的新技術(shù)，你可以一次打印整個(gè)層。”

據(jù)Barner-Kowollik教授介紹，這種雙色活化材料目前非常罕見。“這個(gè)項(xiàng)目旨在證明墨水在下一代打印機(jī)中的可行性。”

△從左到右：Vinh Truong博士、Sarah Walden博士、特聘教授Christopher Barner-Kowollik和副教授James Blinco

根據(jù)他的說法，對(duì)于該項(xiàng)目的困難是找到兩種分子，它們可以被兩種不同顏色的光激活，然后讓它們一起反應(yīng)。“這就是創(chuàng)新的來源…… 你希望一個(gè)分子被一種顏色的光激活，而不是另一種顏色，反之亦然……。這不容易找到，實(shí)際上很難找到。”

經(jīng)過大量工作，Truong博士找到了兩個(gè)分子，它們以所需的方式對(duì)相交的光束作出反應(yīng)，并結(jié)合形成一種非常堅(jiān)固的材料。“在我們的化學(xué)設(shè)計(jì)中，兩種光激活過程都是可逆的…… 因此，我們可以準(zhǔn)確控制固體材料可能形成的時(shí)間和地點(diǎn)，”Truong博士說。

△該論文已發(fā)表在自然通訊中，獲取更多內(nèi)容請(qǐng)查看題目為“雙色光活化共價(jià)鍵形成”（點(diǎn)我傳送門）

雙色3D打印技術(shù)，需要兩個(gè)光化學(xué)轉(zhuǎn)化協(xié)同工作以產(chǎn)生單個(gè)連接產(chǎn)物，并且每個(gè)過程都由離散波長啟動(dòng)。迄今為止，關(guān)于這種光化學(xué)系統(tǒng)的報(bào)道很少。

該團(tuán)隊(duì)總結(jié)道：我們采用結(jié)合兩種完全可逆的光活化，這些發(fā)現(xiàn)隨后被轉(zhuǎn)化為聚合物端基改性和材料交聯(lián)。重要的是，雙色連接具有高度選擇性和高效性。這些發(fā)現(xiàn)在先進(jìn)的雙色打印技術(shù)中具有潛力，可用于制造具有局部化學(xué)和物理特性變化的軟材料。