伯明翰大學(xué)研究人員為3D打印開發(fā)可回收樹脂

2024年5月17日，南極熊獲悉，伯明翰大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型可回收樹脂，由生物原料制成，可用于3D打印應(yīng)用。在發(fā)表于《自然》（Nature）的一項研究中，研究人員表明，高分辨率的3D打印結(jié)構(gòu)完全可以用生物原料制造。一旦達(dá)到使用壽命，這些產(chǎn)品就可以在一個幾乎完全閉環(huán)的系統(tǒng)中回收利用。

△該研究題目為“用于增材制造的可再生循環(huán)光聚合物樹脂”（傳送門）

技術(shù)研發(fā)背景

光聚合物樹脂通常用于制造定制的3D打印部件。然而，雖然提高3D打印分辨率和制造速度的技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，但樹脂本身自20世紀(jì)80年代該工藝首次出現(xiàn)以來卻變化甚微。

伯明翰大學(xué)化學(xué)系的Andrew Dove教授說：我們的方法是擺脫依賴石油化工產(chǎn)品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產(chǎn)品無法有效回收利用。雖然我們?nèi)孕韪倪M(jìn)新型樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發(fā)展途徑?！?br />
通常情況下，樹脂的生產(chǎn)過程中使用了石化原料。雖然在使用從生物質(zhì)中提取的更具可持續(xù)性的樹脂方面取得了一些進(jìn)展，但這些樹脂的可回收性仍然有限，因為它們依賴于樹脂硬化時產(chǎn)生的不可逆鍵。為了打破這些鍵，必須在每個階段添加額外的化學(xué)品，從而產(chǎn)生滾雪球效應(yīng)，即回收材料的唯一方法就是制造更多的材料。

△伯明翰大學(xué)提出了一種實現(xiàn)動態(tài)二硫鍵聚合-解聚循環(huán)的方法，該方法能夠創(chuàng)建適合閉環(huán)化學(xué)回收的可再生來源樹脂

高分辨率3D打印結(jié)構(gòu)用完全生物原料制造

與此相反，伯明翰領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次成功生產(chǎn)出一種光聚合物樹脂，這種樹脂可以高分辨率打印，但隨后又可以分解成各個組成部分，回收再打印，只需添加少量光引發(fā)劑即可保持材料的可固化特性。

首席研究員Andrew Dove教授說：“我們的方法是擺脫依賴石油化工產(chǎn)品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產(chǎn)品無法有效回收利用。雖然我們?nèi)孕韪倪M(jìn)新樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發(fā)展途徑?！?br />

△測試原始樹脂和回收樹脂在不同條件下的比較分析。通過1H NMR光譜分析、SEC圖像、光流變學(xué)、Z深度固化篩選、打印精度以及3D打印部件的比較，研究人員對原始樹脂和回收樹脂的性能進(jìn)行了全面的評估

該工藝的原料由硫辛酸制成，硫辛酸是一種天然脂肪酸分子，通常作為膳食補充劑出售。研究小組用硫辛酸制成了兩種單體的組合，并從中制成了一種樹脂，這種樹脂既可以回收到單體中，也可以直接回收到原始分子中。

△通過對幾種可再生硫辛酸樹脂進(jìn)行后固化，獲得了這些樹脂的熱性能和機械性能的數(shù)據(jù)

在這項研究中，研究人員完成了兩次材料回收，但預(yù)計還可能進(jìn)行更多的回收。

這種材料的用途可能包括在大規(guī)模生產(chǎn)前使用快速原型測試產(chǎn)品的行業(yè)。雖然這種材料目前比工業(yè)中常用的材料更靈活，但未來的應(yīng)用可能包括汽車部件、醫(yī)療和牙科部件，甚至珠寶設(shè)計。

聯(lián)合首席研究員助理教授Josh Worch說：“在以光為媒介的3D打印行業(yè)中實現(xiàn)回收利用至關(guān)重要，因為這是一種快速發(fā)展的材料生產(chǎn)方法。我們現(xiàn)在有希望利用我們的技術(shù)，幫助確保回收利用成為3D打印的內(nèi)在特征。”

伯明翰大學(xué)企業(yè)部已就樹脂及其在3D打印中的應(yīng)用提交了專利申請。