新型雙波長 SLA 3D打印技術：可實現(xiàn)連續(xù)快速打印，且無層間分離缺陷

2024年4月24日，南極熊獲悉，來自桑迪亞國家實驗室的研究人員開發(fā)了一種名為 SWOMP（選擇性雙波長烯烴復分解 3D 打?。┑墓夤袒?D打印技術，它引入了一種使用開環(huán)復分解聚合 (ROMP) 和 DCPD 單體與HM 催化劑的新穎方法。

相關研究以題為“Continuous Additive Manufacturingusing Olefin Metathesis”的論文被發(fā)表在《Advances Science》期刊上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202200770

長期以來，立體光刻 (SLA)一直都是3D 打印領域的基石技術，但其局限性阻礙了其大規(guī)模采用的潛力。傳統(tǒng)上，SLA 打印機依賴于單一 UV 光源和自由基聚合 (FRP) 樹脂，導致逐層打印過程充滿挑戰(zhàn)。效果是物體被分層打印，每一層不僅粘附在前一層上，而且粘附在樹脂桶底部的透明（FEP 或類似）薄膜上。由此產生的層從薄膜上的剝離不僅需要暫停打印過程，而且還會對正在打印的部件施加巨大的壓力。

隨著多年的發(fā)展，研究人員已經相繼開發(fā)出一些解決方案，其中桑迪亞國家實驗室推出的這種名為SWOMP的打印技術（PR 版本）具有極大的創(chuàng)新性。與更常見的基于 FRP 的SLA 樹脂不同，SWOMP技術使用開環(huán)復分解聚合 ( ROMP )，該聚合本身自 20 世紀 70 年代以來已商業(yè)化，但在此之前并未與光聚合一起使用時尚。選擇單體二環(huán)戊二烯(DCPD)，并使用 HeatMet (HM) 作為光活性烯烴復分解催化劑。這使得紫外線敏感，并添加了光產堿劑 (PBG)，可用于選擇性地使聚合失活。與傳統(tǒng)的 FRP 樹脂不同，DCPD 材料具有卓越的堅固性，并且可以進行熱后固化以增強機械性能。

使用HM 作為催化劑和 DCPD 作為單體的 SWOMP 化學概述。（圖片來源：Jeffrey C. Foster 等人，《先進科學》，2022年，桑迪亞國家實驗室）

DCPD 的優(yōu)勢在于，這種材料和所得物體非常堅固，并且通常經過熱后固化（本實驗中的狗骨試樣為 250 °C，持續(xù) 30 秒）以獲得完整的機械性能。與此同時，相同的雙波長設置用于連續(xù) SLA 打印，正如 Martin P. de Beers及其同事在2019 年Science Advances的一篇論文（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aau8723）中所介紹的那樣。 FRP和ROMP樹脂的光抑制劑不僅可以防止聚合樹脂附著在透明薄膜或窗戶上，由于光抑制深度的局部控制，雙波長SLA不僅限于單層，而且可以在其中打印整個拓撲特征單次通過。

SWOMP 的關鍵突破在于其雙波長設置，可實現(xiàn)連續(xù) SLA 打印，而不會出現(xiàn)層剝離的缺點。通過選擇性地抑制特定深度的聚合，SWOMP 實現(xiàn)了前所未有的打印效率，超越了傳統(tǒng)的 SLA 方法。

SWOMP 過程。 （圖片來源：桑迪亞國家實驗室

因此，該方法可能優(yōu)于現(xiàn)有的基于 FRP 的單波長 SLA，以及Carbon專有的CLIP技術及其透氧膜，不會剝離，打印速度是傳統(tǒng) SLA 的許多倍。目前，桑迪亞國家實驗室正在積極尋找合作伙伴來進一步開發(fā)這項技術并將其商業(yè)化，為 3D 打印行業(yè)的廣泛采用帶來希望。憑借其消除層剝落和顯著提高打印速度的潛力，雙波長 SLA 打印機可能很快就會成為全球制造工廠的主要設備，為設計和生產帶來新的可能性。