伯明翰大学研究人员为3D打印开发可回收树脂

2024年5月17日，南极熊获悉，伯明翰大学的研究人员开发出一种新型可回收树脂，由生物原料制成，可用于3D打印应用。在发表于《自然》（Nature）的一项研究中，研究人员表明，高分辨率的3D打印结构完全可以用生物原料制造。一旦达到使用寿命，这些产品就可以在一个几乎完全闭环的系统中回收利用。

△该研究题目为“用于增材制造的可再生循环光聚合物树脂”（传送门）

技术研发背景

光聚合物树脂通常用于制造定制的3D打印部件。然而，虽然提高3D打印分辨率和制造速度的技术已经取得了长足的进步，但树脂本身自20世纪80年代该工艺首次出现以来却变化甚微。

伯明翰大学化学系的Andrew Dove教授说：我们的方法是摆脱依赖石油化工产品制成的可3D打印树脂的重要一步，因为石油化工产品无法有效回收利用。虽然我们仍需改进新型树脂的性能，但这项研究开辟了令人兴奋的新发展途径。”

通常情况下，树脂的生产过程中使用了石化原料。虽然在使用从生物质中提取的更具可持续性的树脂方面取得了一些进展，但这些树脂的可回收性仍然有限，因为它们依赖于树脂硬化时产生的不可逆键。为了打破这些键，必须在每个阶段添加额外的化学品，从而产生滚雪球效应，即回收材料的唯一方法就是制造更多的材料。

△伯明翰大学提出了一种实现动态二硫键聚合-解聚循环的方法，该方法能够创建适合闭环化学回收的可再生来源树脂

高分辨率3D打印结构用完全生物原料制造

与此相反，伯明翰领导的研究小组首次成功生产出一种光聚合物树脂，这种树脂可以高分辨率打印，但随后又可以分解成各个组成部分，回收再打印，只需添加少量光引发剂即可保持材料的可固化特性。

首席研究员Andrew Dove教授说：“我们的方法是摆脱依赖石油化工产品制成的可3D打印树脂的重要一步，因为石油化工产品无法有效回收利用。虽然我们仍需改进新树脂的性能，但这项研究开辟了令人兴奋的新发展途径。”

△测试原始树脂和回收树脂在不同条件下的比较分析。通过1H NMR光谱分析、SEC图像、光流变学、Z深度固化筛选、打印精度以及3D打印部件的比较，研究人员对原始树脂和回收树脂的性能进行了全面的评估

该工艺的原料由硫辛酸制成，硫辛酸是一种天然脂肪酸分子，通常作为膳食补充剂出售。研究小组用硫辛酸制成了两种单体的组合，并从中制成了一种树脂，这种树脂既可以回收到单体中，也可以直接回收到原始分子中。

△通过对几种可再生硫辛酸树脂进行后固化，获得了这些树脂的热性能和机械性能的数据

在这项研究中，研究人员完成了两次材料回收，但预计还可能进行更多的回收。

这种材料的用途可能包括在大规模生产前使用快速原型测试产品的行业。虽然这种材料目前比工业中常用的材料更灵活，但未来的应用可能包括汽车部件、医疗和牙科部件，甚至珠宝设计。

联合首席研究员助理教授Josh Worch说：“在以光为媒介的3D打印行业中实现回收利用至关重要，因为这是一种快速发展的材料生产方法。我们现在有希望利用我们的技术，帮助确保回收利用成为3D打印的内在特征。”

伯明翰大学企业部已就树脂及其在3D打印中的应用提交了专利申请。