多波长光固化3D打印多种树脂材料

供稿人:何垚垚 张航

在光固化领域，威斯康星大学麦迪逊分校的科学家开发出一种新型3D打印机，它拥有可见光和紫外光两种模式，可以同时打印多种光敏树脂材料。

该方法利用多材料光固化空间控制（MASC）技术，在增材制造过程中根据不同的材料化学成分选择不同的光源波长。多组分光敏素包括具有相应的自由基和阳离子引发剂的丙烯酸酯和环氧化物基单体。在长波长（可见光）照射下，观察到丙烯酸酯组分的优先固化。在短波长（UV）照射下，掺入丙烯酸酯和环氧化物组分的组合优先固化。这使得能够生产含有硬质环氧化物网络的多材料部件，与软水凝胶和有机凝胶形成对比。 MASC配方的变化极大地改变了打印样品的机械性能。使用不同MASC配方打印的样品具有空间控制的化学不均匀性，机械各向异性和空间控制的膨胀。图1为使用BA-1 MASC制剂打印的样品的压缩测试应变图，表1为光敏树脂配方。

图1 设计图、打印模型和代表性应力

表1 光敏树脂配方

在实际操作中，研究人员同时将来自两台投影仪的光线导向一大桶液体原材料，在平台上逐层构建。构建一个层之后，构建平台向上移动，然后构建下一层。研究人员面临的主要障碍是优化原料的化学性质。他们首先考虑了两种单体在一个桶中的表现。他们还必须确保单体具有相似的固化时间，以使每层内的硬质和软质材料在大约相同的时间内完成干燥。通过适当的化学反应，研究人员现在可以通过紫外线或可见光确切地确定每种单体在打印物体内固化的位置。

参考文献：
JJ Schwartz，AJ Boydston. Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing [J]. Nature Communications, 2019, 10:791.

供稿人:何垚垚 张航 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室