《Advanced Materials Technologies》：開發(fā)用于體積3D打印的新型樹脂

2024年4月,，南極熊獲悉，Nathaniel Corrigan,、Xichuan Li,、Jin Zhang 和 Cyrille Boyer在《Advanced Materials Technologies》上發(fā)表了關于xolography 體積3D打印的最新進展，題目為《Beyond Traditional RAFT: Alternative Activation of Thiocarbonylthio Compounds for Controlled Polymerization》,。該研究由先進高分子設計集群和新南威爾士大學博耶實驗室化學工程學院的研究人員與加州大學圣地亞哥分校合作進行,，提出了可以顯著推進xolography的新型樹脂配方和參數(shù)。



xolography 作為一種單步,、無輔助增材制造方法,，能夠快速生產(chǎn)具有其他增材制造技術無法獲得的幾何形狀的材料。過去的系統(tǒng)需要具有高透明度的樹脂才能有效地形成材料,，并且多材料形成尚未得到證實：

●研究人員使用可逆失活自由基聚合,，探索樹脂成分、粘度和加工參數(shù),，開發(fā)能夠應用于可見光介導的xolography的新型樹脂,。

●經(jīng)過優(yōu)化后，將含有硫代羰基硫物質(zhì)的不透明樹脂應用于xolography,，以制造幾何復雜,、無輔助材料。

●由此產(chǎn)生的 3D 打印聚合物網(wǎng)絡材料可以通過嵌入的硫代羰基硫基部分進行功能化,，從而賦予打印材料新的功能,。

●最后,，Xolography 獨特的 3D 打印功能被證明可以制造具有高度3D空間控制的化學不同域的多種材料。

這種兩步套印方法操作簡單,，為通過 3D 打印制造聚合物多材料提供了新途徑

研究內(nèi)容
體積 3D 打印,，是一種立體打印，能夠以較高的速度和精度創(chuàng)建復雜的多材料物體,。研究團隊通過在可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（RAFT）自由基聚合的過程中采用含有硫代羰基硫基的新方法,，不僅增強了打印物體的性能，而且還提高了制造過程的控制和精度,。這項研究可以為工業(yè)應用開辟新途徑,，標志著 3D 打印技術的發(fā)展向前邁出了關鍵一步。

Xolography是初創(chuàng)公司Xolo首創(chuàng)的體積 3D 打印方法,，通過 RAFT 工藝,，團隊實現(xiàn)了 Xolography 的受控聚合。 Xolography 利用多個不同波長的光束,，在單體槽內(nèi)交叉,，僅當投影光源和基于二極管激光器的光源同時存在時，雙色光引發(fā)劑 (DCPI) 才會被激活,，從而能夠精確控制聚合過程,。


△通過 xolography 3D 打印輔助自由方形晶格結構

在單體罐內(nèi)的特定點，光引發(fā)劑引發(fā)聚合反應,，理想情況下能快速生成輪廓分明,、細節(jié)復雜的物體。Xolography 的優(yōu)勢包括其可調(diào)特性以及無需支撐即可生產(chǎn)物體的能力,，從而可以節(jié)省金錢和時間。研究團隊探索的另一個顯著優(yōu)勢是使用多種材料在單個容器內(nèi)連續(xù)打印,。


△硫醇-邁克爾加成反應改性含有硫代羰基硫基的 3D 打印材料

研究團隊專注于開發(fā)適合 Xolography 的樹脂,，特別強調(diào)（多）乙烯基單體。研究使用雙酚 A 二縮水甘油醚二丙烯酸酯 (BDDA) 等樹脂和二氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯 (DUDMA) 等其他材料成功創(chuàng)建了 200 μm 棱柱晶格結構,。然后,，使用了Thiol-Michael 加成反應，使物體在打印后在黑暗中發(fā)光,，具有重大的工業(yè)意義,。

研究小組進一步探索了通過使用兩種不同的樹脂進行打印來創(chuàng)建多材料結構。最初,，他們使用含有二氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯（DUDMA）和BTPA（(Z)-2-(2-叔丁氧基羰基氨基-噻唑-4-基)-2-戊烯酸）的樹脂作為RAFT劑,。然后使用硫醇-邁克爾反應進行修改。經(jīng)過這種修改,，一種含有季戊四醇四丙烯酸酯(PETA),、暗固化光引發(fā)劑 (DCPI) 和三乙胺 (TEA) 的新樹脂被打印在第一個樹脂的頂部,。盡管 PETA 存在相關風險，包括皮膚毒性,、潛在的呼吸道和眼部刺激,，但該過程仍成功生產(chǎn)了多材料物體。


△通過xolography套印以制備結構化葉子復合材料

此方法的手動后處理過程較少并且多材料零件能夠催生新型零件,，例如微流體零件或工業(yè)制造零件,。然而體積3D打印也有一些局限性，例如,，這些打印機的零件尺寸可能受到限制,、材料成本對于工業(yè)制造應用來說過于昂貴。此外,，其他3D打印技術也具有較強的競爭力,，例如成本較低的 SLA 和 DLP 系統(tǒng)、Quantica 的噴墨工藝等,。但是,，不可否認，體積3D打印是對增材制造領域來說一項重要的技術突破,。