几十年来, 研究人员一直在研究亚毫米级复杂结构的3D打印. 3D打印技术的最新研究成果为此提供了解决方案, 例如数字光处理技术(DLP). 该技术利用紫外光(UV)将液态的聚合树脂以一种精确可控的方式转化为独立的固体结构.
在所有的3D打印材料中, 因其出色的高温力学稳定性, 优异的耐化学性以及与高精度3D打印系统良好的兼容性, 热固性光敏聚合物几乎占据了3D打印材料市场的半壁江山. 然而, 这些热固性光敏聚合物通过紫外光引发的光聚合反应所形成的共价键网络往往是永久性的, 这将使反应得到的3D打印结构不具备再加工的能力, 也就是再成形, 再修复和再回收的能力. 伴随着全球3D打印材料的爆 炸式增长, 热固性光敏聚合物的不可再处理性将造成大量的材料浪费和严重的环境影响.
为了应对这一环境挑战, 新加坡科技设计大学(SUTD)的研究人员研发了一种可再处理的热固性3D打印材料(3DPRTs), 这使得3D打印材料可以再塑形, 再修复和再回收.
作为该项目的负责人之一, 新加坡科技设计大学科学与数学系的助理教授葛锜(Kevin)说: '我们首次研发出可再处理的热固性光敏聚合物, 该聚合物是专为利用数字光处理技术进行的高分辨率3D打印而设计. 首先, 高分辨率的结构可以在打印之后进行重组并固定成任意形状, 这种特性可以提高打印效率. 例如, 可以从平面二维图层生成三维折叠部分. 其次, 该结构是可以修复的, 这意味着损坏的部分可以进行重新打印, 并确保结构的完整性, 以延长产品的耐久性. 最重要的是, 我们的材料可以回收再利用于其他方面. '
该项目的另一位负责人Martin Dunn教授(现为科罗拉多大学丹佛分校工程与应用科学学院院长)说: '总的来说, 3DPRTs的发展为解决因3D打印材料迅速消耗而引发的环保问题提供了一种切实可行的方案. 3D打印材料将广泛应用于包括组织工程, 软体机器人, 纳米器件在内的各种先进领域. '
在3DPRT的树脂溶液中, 丙烯酸酯官能团的紫外光敏性使其适用于基于紫外光固化的3D打印技术, 从而使得3DPRT可用来打印高精度复杂三维结构. 而羟基和酯基官能团在高温下发生的酯交换反应赋予了打印结构可再处理性. 这种通过两步聚合策略开发的可再处理热固性光敏3D打印材料不仅允许用户对3D打印结构进行再塑形, 还可以在损坏界面上直接进行3D打印以修复破损的零件. 此外, 废弃的零件可以通过酯交换反应回收再利用于其他方面.