德克薩斯大學(xué)研究人員有望徹底改變光驅(qū)動3D打印技術(shù)

2024年1月22日，南極熊獲悉，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的化學(xué)研究人員宣稱，他們成功開發(fā)了一項(xiàng)創(chuàng)新工藝，有望徹底改變光驅(qū)動的3D打印技術(shù)，取代傳統(tǒng)紫外線使用可見光。該項(xiàng)新技術(shù)具備高精度、快速和經(jīng)濟(jì)的3D打印材料能力，并在牙科和醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。

△三重聚變?nèi)诤瞎に嚲邆涓呔?、快速和?jīng)濟(jì)的3D打印能力

據(jù)該大學(xué)的化學(xué)助理教授兼通訊作者Zak Page介紹，“光驅(qū)動3D打印相較于其它增材制造方法（如長絲式打?。└鼮榭焖佟⒕_?！彼赋觯鹿に囘M(jìn)一步提升了光驅(qū)動3D打印的精度，并使其更易于使用和高效，為各種可能性敞開了大門。

△光系統(tǒng)組件和光引發(fā)機(jī)制

技術(shù)背景

光聚合是一種技術(shù)，通過使用光照射液體樹脂，使其在短時間內(nèi)迅速固化，從而實(shí)現(xiàn)各種制造應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微電子制造、牙科和醫(yī)療行業(yè)中的新興增材制造技術(shù)，比如3D打印。

具體來說，大桶的光聚合是一種形式，其中液體樹脂在光照射下會迅速固化，這使得構(gòu)建速率成為任何3D打印技術(shù)中最高的。光聚合技術(shù)還帶來了精確的空間和時間控制，提高了打印的保真度，也就是特征分辨率。

盡管取得了顯著的成就，但光驅(qū)動的3D打印仍然面臨一些挑戰(zhàn)。其中包括對高能光子（紫外線）和/或高曝光強(qiáng)度的依賴，需要特殊的印刷條件，以及由于一些技術(shù)限制而導(dǎo)致的成本較高。這些問題限制了技術(shù)的普及，同時也存在一些與光降解、光毒性以及紫外線穿透深度相關(guān)的問題。

△有關(guān)這一突破性技術(shù)的詳細(xì)信息已發(fā)表在ACS Central Science雜志上的一篇論文中，題目為“環(huán)境條件下的三重上轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了數(shù)字光處理3D打印技術(shù)”

三重聚變?nèi)诤瞎に?/strong>

這一突破性研究的關(guān)鍵在于采用了一種稱為“三重聚變?nèi)诤稀钡幕瘜W(xué)過程。通過這一過程，使用特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以將低能量、長波長的光（如綠光）轉(zhuǎn)換為更短、更高能量波長的光（如紫光）。Page及其同事之前曾成功創(chuàng)建了一種直接使用低能量可見光進(jìn)行3D打印的工藝，而這項(xiàng)新的三重聚變?nèi)诤瞎に噷⑻岣叽蛴〗Y(jié)構(gòu)的空間精度，并表現(xiàn)出增強(qiáng)的樹脂穩(wěn)定性，有望推動商業(yè)化進(jìn)程。

研究人員認(rèn)為，這一創(chuàng)新工藝將廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、機(jī)器人和電子產(chǎn)品的工程材料領(lǐng)域，這些材料需要與脆弱的人體組織連接，從而改善關(guān)節(jié)置換、假肢和植入物等醫(yī)療應(yīng)用。

化學(xué)副教授兼共同通訊作者Sean Roberts表示，“這也拓展了我們可以創(chuàng)造的復(fù)合材料的種類。目前，復(fù)合材料在3D打印中受到限制，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀咨⑸渥贤饩€。較長波長的光不易散射，通常可以更深地穿透材料。這使得印刷工藝更加靈活，我們可以創(chuàng)造出更堅(jiān)固、更靈活或更耐用的產(chǎn)品?！?br />
該論文的作者還包括德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Connor J. O’Dea、Jussi Isokuortii和Emma E. Comer。此項(xiàng)研究得到了美國國家科學(xué)基金會、Robert A. Welch基金會和科學(xué)進(jìn)步研究公司的資助。