幾十年來, 研究人員一直在研究亞毫米級複雜結構的3D列印. 3D列印技術的最新研究成果為此提供了解決方案, 例如數字光處理技術(DLP). 該技術利用紫外光(UV)將液態的聚合樹脂以一種精確可控的方式轉化為獨立的固體結構.
在所有的3D列印材料中, 因其出色的高溫力學穩定性, 優異的耐化學性以及與高精度3D列印系統良好的相容性, 熱固性光敏聚合物幾乎佔據了3D列印材料市場的半壁江山. 然而, 這些熱固性光敏聚合物通過紫外光引發的光聚合反應所形成的共價鍵網路往往是永久性的, 這將使反應得到的3D列印結構不具備再加工的能力, 也就是再成形, 再修複和再回收的能力. 伴隨著全球3D列印材料的爆 炸式增長, 熱固性光敏聚合物的不可再處理性將造成大量的材料浪費和嚴重的環境影響.
為了應對這一環境挑戰, 新加坡科技設計大學(SUTD)的研究人員研發了一種可再處理的熱固性3D列印材料(3DPRTs), 這使得3D列印材料可以再塑形, 再修複和再回收.
作為該項目的負責人之一, 新加坡科技設計大學科學與數學系的助理教授葛錡(Kevin)說: '我們首次研發出可再處理的熱固性光敏聚合物, 該聚合物是專為利用數字光處理技術進行的高解析度3D列印而設計. 首先, 高解析度的結構可以在列印之後進行重組並固定成任意形狀, 這種特性可以提高列印效率. 例如, 可以從平面二維圖層生成三維摺疊部分. 其次, 該結構是可以修複的, 這意味著損壞的部分可以進行重新列印, 並確保結構的完整性, 以延長產品的耐久性. 最重要的是, 我們的材料可以回收再利用於其他方面. '
該項目的另一位負責人Martin Dunn教授(現為科羅拉多大學丹佛分校工程與應用科學學院院長)說: '總的來說, 3DPRTs的發展為解決因3D列印材料迅速消耗而引發的環保問題提供了一種切實可行的方案. 3D列印材料將廣泛應用於包括組織工程, 軟體機器人, 納米器件在內的各種先進領域. '
在3DPRT的樹脂溶液中, 丙烯酸酯官能團的紫外光敏性使其適用於基於紫外光固化的3D列印技術, 從而使得3DPRT可用來列印高精度複雜三維結構. 而羥基和酯基官能團在高溫下發生的酯交換反應賦予了列印結構可再處理性. 這種通過兩步聚合策略開發的可再處理熱固性光敏3D列印材料不僅允許用戶對3D列印結構進行再塑形, 還可以在損壞界面上直接進行3D列印以修複破損的零件. 此外, 廢棄的零件可以通過酯交換反應回收再利用於其他方面.