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浙江大学谢涛团队实现数字光处理3D打印热塑性聚合物!
发布:Iron_MAN10   时间:2019/8/15 16:30:46   阅读:290 
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背景介绍

3D打印见证了一个高度复杂的定制产品成为现实的新时代。因此,3D打印在医疗设备、航空航天结构、能源设备和软机器人等工程应用中显示出巨大的应用前景。然而,目前3D打印依然受到各种因素的限制,其中打印速度和材料的通用性是最关键的。在打印速度方面,采用数字光处理(DLP)的层状印刷比采用熔融沉积建模(FDM)和立体光刻(SLA)等方法的点状印刷具有明显的优势。对DLP的进一步创新,如z-维的连续构建,可以实现远远超过任何其他方法的打印速度。一般来说,DLP采用低固化程度的液态树脂,在数码光照射下,树脂发生交联,形成热固性聚合物,实现快速液固分离,但打印得到的热固性聚合物无法再加工,限制了该技术的广泛应用。原则上,如果将DLP技术扩展到可再加工的热塑性聚合物,就可以克服这一限制。液态单体和非交联聚合物通常具有很好的混溶性,所以想要获得单体和非交联聚合物之间能够快速分离的独特DLP技术并不简单。
 

本工作实现了热塑性聚合物的DLP 3D打印技术

成果简介

近日,来自浙江大学化学工程联合国家重点实验室教授谢涛课题组,报道了通过控制印刷过程中同时发生的两个相互竞争的动力学过程 (聚合和聚合物溶解) 来实现热塑性聚合物DLP印刷的成功尝试。以选定的单体4 -丙烯基吗啉(ACMO)为例,演示了热塑性三维支架的打印,利用其独特的水溶性特性,可以进一步转化为各种材料/设备。ACMO的超低粘度,加上表面氧抑制,使液体快速流向高速露天印刷。该工艺的简单性、实现机制和材料的通用性拓宽了3D打印在构建功能3D设备 (包括可重构天线、形状移动结构和微流体) 方面的应用范围。该研究成果以题为“Rapid Open-Air Digital Light 3D Printing of Thermoplastic Polymer”的论文发表在国际顶级学术期刊Advanced Materials上(见文后原文链接)。
 

 
图文速览
 

图1. DLP打印热塑性ACMO树脂的可行性。a)自上而下的DLP设置和打印配方。b) ACMO树脂与商用热固性丙烯酸酯树脂(FSL-C, S-MAKER)的固化动力学。c) 印刷部件多样化。d) UV固化后打印出不同半径的柱子。e) 具有精细支板的微开尔文晶格。


图2. 快速露天印刷。a)表面抑制在固化树脂切片内沿z方向深度衰减的说明。b)分子量和双键转换深度剖面。c)光照时间对抑制深度的影响。d)氩气净化树脂、对照样品与氧气净化树脂快速打印模型比较。


图3. 演示了ACMO聚合物的热塑性特性。a) 随着配方中硫醇含量的增加,流动性增强。b) 硫醇含量对聚合物分子量和熔体指数的影响。d) 硫醇含量对聚合物分子量和溶解动力学的影响。


图4. 演示了DLP 3D打印热塑性聚合物作为牺牲模板的应用。a) 环氧SMP结构施工。b) 基于液体金属的可重构天线的制造工艺。c) 可重构天线的频率调谐。d) 基于PDMS的微流控装置。

亮点小结

从原理、材料和工艺出发,本工作将DLP打印的范围从热固性聚合物拓展到了热塑性聚合物。与传统的DLP印刷相比,具有工艺简单,印刷速度快等优点。此外,将一些无法通过传统DLP技术打印的材料,使用DLP打印热塑性聚合物作为牺牲模具,实现了这些材料的DLP打印。该工作实现了高速打印热塑性聚合物,这可能会带来更多的技术机遇,超出本研究所展示的成果。

文章官网链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903970


来源:高分子科学前沿
 
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