伯明翰大學(xué)研究人員為3D打印開(kāi)發(fā)可回收樹(shù)脂

2024年5月17日,，南極熊獲悉,，伯明翰大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型可回收樹(shù)脂,，由生物原料制成,，可用于3D打印應(yīng)用,。在發(fā)表于《自然》（Nature）的一項(xiàng)研究中，研究人員表明,，高分辨率的3D打印結(jié)構(gòu)完全可以用生物原料制造,。一旦達(dá)到使用壽命，這些產(chǎn)品就可以在一個(gè)幾乎完全閉環(huán)的系統(tǒng)中回收利用,。

△該研究題目為“用于增材制造的可再生循環(huán)光聚合物樹(shù)脂”（傳送門(mén)）

技術(shù)研發(fā)背景

光聚合物樹(shù)脂通常用于制造定制的3D打印部件。然而,，雖然提高3D打印分辨率和制造速度的技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,，但樹(shù)脂本身自20世紀(jì)80年代該工藝首次出現(xiàn)以來(lái)卻變化甚微。

伯明翰大學(xué)化學(xué)系的Andrew Dove教授說(shuō)：我們的方法是擺脫依賴石油化工產(chǎn)品制成的可3D打印樹(shù)脂的重要一步,，因?yàn)槭�油化工產(chǎn)品無(wú)法有效回收利用,。雖然我們?nèi)孕韪倪M(jìn)新型樹(shù)脂的性能，但這項(xiàng)研究開(kāi)辟了令人興奮的新發(fā)展途徑,�,！�

通常情況下,，樹(shù)脂的生產(chǎn)過(guò)程中使用了石化原料。雖然在使用從生物質(zhì)中提取的更具可持續(xù)性的樹(shù)脂方面取得了一些進(jìn)展,，但這些樹(shù)脂的可回收性仍然有限,，因?yàn)樗鼈円蕾囉跇?shù)脂硬化時(shí)產(chǎn)生的不可逆鍵。為了打破這些鍵,，必須在每個(gè)階段添加額外的化學(xué)品,，從而產(chǎn)生滾雪球效應(yīng)，即回收材料的唯一方法就是制造更多的材料,。

△伯明翰大學(xué)提出了一種實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)二硫鍵聚合-解聚循環(huán)的方法,，該方法能夠創(chuàng)建適合閉環(huán)化學(xué)回收的可再生來(lái)源樹(shù)脂

高分辨率3D打印結(jié)構(gòu)用完全生物原料制造

與此相反，伯明翰領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次成功生產(chǎn)出一種光聚合物樹(shù)脂,，這種樹(shù)脂可以高分辨率打印,，但隨后又可以分解成各個(gè)組成部分，回收再打印,，只需添加少量光引發(fā)劑即可保持材料的可固化特性,。

首席研究員Andrew Dove教授說(shuō)：“我們的方法是擺脫依賴石油化工產(chǎn)品制成的可3D打印樹(shù)脂的重要一步，因?yàn)槭�油化工產(chǎn)品無(wú)法有效回收利用,。雖然我們?nèi)孕韪倪M(jìn)新樹(shù)脂的性能,，但這項(xiàng)研究開(kāi)辟了令人興奮的新發(fā)展途徑�,！�

△測(cè)試原始樹(shù)脂和回收樹(shù)脂在不同條件下的比較分析,。通過(guò)1H NMR光譜分析、SEC圖像,、光流變學(xué),、Z深度固化篩選、打印精度以及3D打印部件的比較,，研究人員對(duì)原始樹(shù)脂和回收樹(shù)脂的性能進(jìn)行了全面的評(píng)估

該工藝的原料由硫辛酸制成,，硫辛酸是一種天然脂肪酸分子，通常作為膳食補(bǔ)充劑出售,。研究小組用硫辛酸制成了兩種單體的組合,，并從中制成了一種樹(shù)脂，這種樹(shù)脂既可以回收到單體中,，也可以直接回收到原始分子中,。

△通過(guò)對(duì)幾種可再生硫辛酸樹(shù)脂進(jìn)行后固化，獲得了這些樹(shù)脂的熱性能和機(jī)械性能的數(shù)據(jù)

在這項(xiàng)研究中,，研究人員完成了兩次材料回收,，但預(yù)計(jì)還可能進(jìn)行更多的回收。

這種材料的用途可能包括在大規(guī)模生產(chǎn)前使用快速原型測(cè)試產(chǎn)品的行業(yè)。雖然這種材料目前比工業(yè)中常用的材料更靈活,，但未來(lái)的應(yīng)用可能包括汽車(chē)部件,、醫(yī)療和牙科部件，甚至珠寶設(shè)計(jì),。

聯(lián)合首席研究員助理教授Josh Worch說(shuō)：“在以光為媒介的3D打印行業(yè)中實(shí)現(xiàn)回收利用至關(guān)重要,，因?yàn)檫@是一種快速發(fā)展的材料生產(chǎn)方法。我們現(xiàn)在有希望利用我們的技術(shù),，幫助確�,；厥绽�用成��3D打印的內(nèi)在特征�,！�

伯明翰大學(xué)企業(yè)部已就樹(shù)脂及其在3D打印中的應(yīng)用提交了專利申請(qǐng),。