AFM 中科院赵宁/徐健:基于DLP打印的可回收聚合物

来源：EngineeringForLife

近年来，投影光固化（DLP）3D打印技术作为一种颠覆性的技术，其高分辨率和高效率的优势在实际应用中显示出了巨大的潜力。然而，DLP打印过程中产生的大量热固性材料却造成了严重的资源浪费和环境问题，如何开发适用于DLP重复打印的可回收材料仍然是一个巨大的挑战。

近期，来自中国科学院化学研究所的赵宁和徐坚合作提出了一种基于DLP打印的可回收材料，并且回收的材料还可以通过DLP 重复打印，这有助于解决由热固性材料引起的环境问题。相关论文“Reprintable Polymers for Digital Light Processing 3D Printing”发表于Advanced Functional Materials期刊上。

实验采用樟脑醌（CQ）、4-二甲氨基苯甲酸酯（EDMAB）与丙烯酸异冰片酯（IBOA）混合形成得均相溶液作为打印材料，并添加了酞菁蓝15作为光吸收剂（图１）。通过将DLP打印出的三维模型与IBOA单体进行混合，可实现已成型结构的完全溶解，当加入光引发剂时，该溶液又可作为新的打印材料。实验结果表明，该材料体系具有很好的打印性能，并且打印出的3D模型可以完全溶解在IBOA单体中形成新的打印墨水，实现了材料有效的回收。

图1 IBOA循环打印过程

为了研究回收后材料的打印特性，研究人员将回收材料与初始材料的表观特征和材料性质进行了比较。结果表明，回收材料和IBOA单体都是透明的，固化后也都具有优异的透明度，且两者都具有快速且相似的聚合速率。然而，回收材料中存在高分子的量聚（IBOA）导致了回收的材料粘度有所增加，该现象可以通过升高温度来减轻其影响。

图2 打印特性

随后，为了验证该材料的可回收性，研究人员测试了原始的IBOA单体和回收的聚（IBOA）的热性能和机械性能。结果显示，多次重复打印后的储能模量与温度的关系是一致的，而且回收的聚（IBOA）与原始的IBOA单体具有类似的热稳定性。研究人员对回收的聚（IBOA）进行了多次打印测试，打印试样都显示出类似的机械性能（图3）。

图3 打印性能

最后，研究人员探究了这种材料在其他方面的应用（图4）。（1）可作为粘结剂：可将断裂的热塑性材料重新粘结在一起，光照固化后的结构仍然可保留原结构90%以上的机械性能；（2）可重塑模型，提高打印效率：通过打印1 mm厚的薄膜，然后在90℃条件下将其重塑成风车的三维结构，其制造效率比直接打印2 cm高的风车提高20倍；（3）可与碳纳米管（CNT）复合打印，并且该混合材料也具有可回收重复打印的特性。

图4 IBOA在其他方面的应用

综上所述，本研究提出了一种基于DLP打印的可回收聚合物，利用线性聚聚（IBOA）在IBOA单体中具有良好的溶解性来实现对材料的有效回收，并且回收材料的各方面性能与原始材料类似。线性聚合物的热塑性使打印的结构能够粘结和重塑，从而为3D打印提供了一种提高制造效率和降低打印区域尺寸限制的方法。该研究为解决传统DLP打印产生的热固性塑料所带来的环境问题及材料的高效回收提供了有效途径。

文章来源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202007173