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浙江大學謝濤團隊實現數字光處理3D打印熱塑性聚合物!
發布:Iron_MAN10   時間:2019/8/15 16:30:46   閱讀:110 
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背景介紹

3D打印見證了一個高度復雜的定制產品成為現實的新時代。因此,3D打印在醫療設備、航空航天結構、能源設備和軟機器人等工程應用中顯示出巨大的應用前景。然而,目前3D打印依然受到各種因素的限制,其中打印速度和材料的通用性是最關鍵的。在打印速度方面,采用數字光處理(DLP)的層狀印刷比采用熔融沉積建模(FDM)和立體光刻(SLA)等方法的點狀印刷具有明顯的優勢。對DLP的進一步創新,如z-維的連續構建,可以實現遠遠超過任何其他方法的打印速度。一般來說,DLP采用低固化程度的液態樹脂,在數碼光照射下,樹脂發生交聯,形成熱固性聚合物,實現快速液固分離,但打印得到的熱固性聚合物無法再加工,限制了該技術的廣泛應用。原則上,如果將DLP技術擴展到可再加工的熱塑性聚合物,就可以克服這一限制。液態單體和非交聯聚合物通常具有很好的混溶性,所以想要獲得單體和非交聯聚合物之間能夠快速分離的獨特DLP技術并不簡單。
 

本工作實現了熱塑性聚合物的DLP 3D打印技術

成果簡介

近日,來自浙江大學化學工程聯合國家重點實驗室教授謝濤課題組,報道了通過控制印刷過程中同時發生的兩個相互競爭的動力學過程 (聚合和聚合物溶解) 來實現熱塑性聚合物DLP印刷的成功嘗試。以選定的單體4 -丙烯基嗎啉(ACMO)為例,演示了熱塑性三維支架的打印,利用其獨特的水溶性特性,可以進一步轉化為各種材料/設備。ACMO的超低粘度,加上表面氧抑制,使液體快速流向高速露天印刷。該工藝的簡單性、實現機制和材料的通用性拓寬了3D打印在構建功能3D設備 (包括可重構天線、形狀移動結構和微流體) 方面的應用范圍。該研究成果以題為“Rapid Open-Air Digital Light 3D Printing of Thermoplastic Polymer”的論文發表在國際頂級學術期刊Advanced Materials上(見文后原文鏈接)。
 

 
圖文速覽
 

圖1. DLP打印熱塑性ACMO樹脂的可行性。a)自上而下的DLP設置和打印配方。b) ACMO樹脂與商用熱固性丙烯酸酯樹脂(FSL-C, S-MAKER)的固化動力學。c) 印刷部件多樣化。d) UV固化后打印出不同半徑的柱子。e) 具有精細支板的微開爾文晶格。


圖2. 快速露天印刷。a)表面抑制在固化樹脂切片內沿z方向深度衰減的說明。b)分子量和雙鍵轉換深度剖面。c)光照時間對抑制深度的影響。d)氬氣凈化樹脂、對照樣品與氧氣凈化樹脂快速打印模型比較。


圖3. 演示了ACMO聚合物的熱塑性特性。a) 隨著配方中硫醇含量的增加,流動性增強。b) 硫醇含量對聚合物分子量和熔體指數的影響。d) 硫醇含量對聚合物分子量和溶解動力學的影響。


圖4. 演示了DLP 3D打印熱塑性聚合物作為犧牲模板的應用。a) 環氧SMP結構施工。b) 基于液體金屬的可重構天線的制造工藝。c) 可重構天線的頻率調諧。d) 基于PDMS的微流控裝置。

亮點小結

從原理、材料和工藝出發,本工作將DLP打印的范圍從熱固性聚合物拓展到了熱塑性聚合物。與傳統的DLP印刷相比,具有工藝簡單,印刷速度快等優點。此外,將一些無法通過傳統DLP技術打印的材料,使用DLP打印熱塑性聚合物作為犧牲模具,實現了這些材料的DLP打印。該工作實現了高速打印熱塑性聚合物,這可能會帶來更多的技術機遇,超出本研究所展示的成果。

文章官網鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903970


來源:高分子科學前沿
 
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