江南大学：基于高穿透近红外光固化的可拓展3D打印系统

供稿人：王永辉、连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

墨水直写(DIW)作为一种基于挤出的3D打印技术(3DP)，可以不断地堆叠油墨，从而快速而自由地制造物体。结合各种DIW油墨，有可能应用于不同领域，例如：4D打印、机电性能、生物过程强化，多孔材料，聚合物泡沫、形状记忆。然而，纯粹的热固化油墨限制了DIW在实现复杂的3D几何形状和功能结构方面的尝试，且未固化的DIW打印对象尺寸也会因机械性能差而受到限制，因此油墨设计是其发展的重要挑战。

光聚合油墨因其固化动力学合理、设备温和等优点，在立体光刻(SLA)、墨水直写(DLW)、数字光处理(DLP)、喷墨和DIW的实时固化等多种3D打印技术中重新受到重视。目前，紫外(UV)和蓝光是主要的照射源，可以在空间和光化学上瞬间触发光反应，从而实现交联固化，获得目标物。尽管紫外线和蓝光提供了便利，但是波长较短的光穿透能力较差。

图1 制造原理图

江南大学刘仁团队利用自配制的打印墨水和近红外(NIR)激光辅助模块搭建的3D打印系统解决该问题，制造原理见图1，其模块化的近红外(NIR)激光辅助显著提高了DIW可扩展性，获得固化直径4毫米的丝。在光聚合方法中，近红外光(NIR)在各种介质中具有显著的穿透作用，因此在快速深固化中起着更为显著的作用。这种方法相比现有UV辅助的墨水直写技术具有显著优势，将近红外的有效固化范围扩展到几十厘米，并提供了嵌入式书写能力。此外，证明了它的并行制造能力，可固化多色灯丝和独立物体；其可拓展优势，使其与其他基于油墨的3D打印技术集成，具有广泛的应用前景。


参考文献：
Zhu, J.Z., et al., 3D printing of multi-scalable structures via high penetration near-infrared photopolymerization. Nature Communications, 2020. 11(1).