赫瑞瓦特大學(xué)開(kāi)發(fā)出3D打印新技術(shù)，使用近紅外 (NIR) 光創(chuàng)建多材料/顏色結(jié)構(gòu)

2023年6月17日,，南極熊獲悉，來(lái)自愛(ài)丁堡赫瑞瓦特大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的3D打印技術(shù),，這項(xiàng)技術(shù)有可能對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生重大影響,。研究小組由來(lái)自傳感器、信號(hào)和系統(tǒng)研究所的 Jose Marques-Hueso 博士領(lǐng)導(dǎo),，他們開(kāi)創(chuàng)了一種新的 3D 打印方法,，該方法使用近紅外 (NIR) 光來(lái)創(chuàng)建包含多種材料和顏色的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

該研究項(xiàng)目名稱(chēng)為“Multimaterial Stereolithography byCrosslinking through Luminescence Excitation/通過(guò)發(fā)光激發(fā)交聯(lián)的多材料立體光刻技術(shù)”,，已獲得工程和物理科學(xué)研究委員會(huì) (EPSRC) 提供的 280,000 英鎊資金,。研究結(jié)果以題為“Upconversion 3D printing enables single-immersion multi-materialstereolithography”已發(fā)表在 Applied Materials Today 上。

相關(guān)論文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940723001245

科學(xué)家們通過(guò)修改立體光刻技術(shù)來(lái)突破多材料集成的界限來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。傳統(tǒng)的 3D 打印機(jī)通常會(huì)將藍(lán)色或UV激光應(yīng)用于液態(tài)樹(shù)脂,，然后選擇性地固化以構(gòu)建所需的物體。然而,，混合材料的局限性已被證明是一個(gè)缺點(diǎn),。

通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，科學(xué)家們使用了一種 NIR 光源,，能夠在更深的樹(shù)脂槽中進(jìn)行打印,，而無(wú)需分層打印。這些發(fā)現(xiàn)為行業(yè)帶來(lái)了巨大的機(jī)遇——尤其是那些依賴(lài)專(zhuān)業(yè)部件的行業(yè),，例如健康和電氣行業(yè),。

△項(xiàng)目詳情

Marques-Hueso 博士說(shuō)：“我們的新方法的新穎之處在于使用材料的 NIR 隱形窗口打印深度超過(guò) 5 厘米，而傳統(tǒng)技術(shù)的深度限制在0.1毫米左右,，這是以前從未有人做過(guò)的,。這意味著您可以使用一種材料打印，然后添加第二種材料,，將其固化在 3D 空間的任何位置,，而不僅僅是在外表面的頂部,。例如，我們可以打印一個(gè)幾乎所有側(cè)面都密封的空心立方體,。然后我們可以稍后回來(lái)打印一個(gè)物體,，由完全不同的材料制成，在這個(gè)盒子里,，因?yàn)?NIR 激光會(huì)穿透以前的材料,，就好像它是不可見(jiàn)的，因?yàn)槭聦?shí)上,，它對(duì)于 NIR來(lái)講是完全透明的,。”

△JoseMarques-Hueso 博士和 Adilet Zhakeyev 博士,。資料來(lái)源：赫瑞瓦特大學(xué)

赫瑞瓦特大學(xué)的研究員Adilet Zhakeyev 博士說(shuō)：“熔融沉積成型 (FDM) 技術(shù)已經(jīng)能夠混合材料,，但 FDM 的分辨率較低，各層可見(jiàn),，而立體光刻等基于光固化的技術(shù)可以提供分辨率低于 5 微米的高光潔度樣品,。”

根據(jù)赫瑞瓦特大學(xué)的說(shuō)法,，該項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是開(kāi)發(fā)含有表現(xiàn)出光學(xué)上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的納米粒子的工程樹(shù)脂,。這些納米粒子吸收 NIR 光子并將其轉(zhuǎn)化為藍(lán)色光子，使樹(shù)脂固化,。這種情況是“非線(xiàn)性的”——這意味著它可以獲得主要位于激光焦點(diǎn)處的藍(lán)色光子,，而不是在穿過(guò)它的途中,。因此,，NIR可以像透明一樣深入材料內(nèi)部，只固化內(nèi)部的材料,。

新的 3D 打印方法允許在同一個(gè)樣品中打印具有不同屬性的多種材料——例如,，柔性彈性體和剛性丙烯酸，它們對(duì)制鞋等許多行業(yè)都有用,。該技術(shù)開(kāi)辟了無(wú)數(shù)新的可能性,，包括腔內(nèi)的 3D 打印物體、破碎物體的修復(fù),，甚至是通過(guò)皮膚的原位生物打印,。

Marques-Hueso 博士說(shuō)：“在同一個(gè)研究項(xiàng)目中，我們之前開(kāi)發(fā)了一種可以選擇性鍍銅的樹(shù)脂,。結(jié)合這兩種技術(shù),，我們現(xiàn)在可以使用兩種不同的樹(shù)脂進(jìn)行3D打印，并通過(guò)使用簡(jiǎn)單的電鍍液浴選擇性地僅覆蓋其中一種樹(shù)脂,。通過(guò)這種方式,，我們可以創(chuàng)建3D 集成電路,，這對(duì)電子行業(yè)非常有用�,！�

盡管這項(xiàng)技術(shù)提供了前所未有的制造模式,，但成本卻低得驚人。根據(jù)Marques-Hueso 博士的說(shuō)法：“這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是整臺(tái)機(jī)器的制造成本不到 400 英鎊,。其他一些使用激光的先進(jìn)技術(shù),，例如雙光子聚合 (2PP)，需要價(jià)值數(shù)萬(wàn)磅的昂貴超快激光,，但我們的情況并非如此,，因?yàn)槲覀兊膶?zhuān)業(yè)材料允許使用廉價(jià)激光。現(xiàn)在我們有結(jié)果來(lái)支持我們的主張,，我們希望與企業(yè)合作并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù),。”