维也纳技术大学首次对双光子聚合3D 打印零件进行标准化材料测试

2024年2月27日，南极熊获悉，来自维也纳技术大学、加州理工学院等地的国际联合团队首次使用符合ISO标准的测试方法测试了毫米至厘米范围内的双光子聚合(2PP) 3D 打印块状样本的机械性能。这一突破是通过将最快的商用 2PP 3D 打印机之一（来自UpNano公司的NanoOne光固化打印设备）与能够以非常高的体积构建速率进行加工的树脂相结合而实现的，从而实现了升级。

△NanoOne平台—在 2PP 3D 打印领域，以最高的精度满足无与伦比的吞吐量

这项研究由来自维也纳技术大学 (TU Wien)、加州理工学院 (Caltech) 和亚琛工业大学的研究人员以及 UpNano GmbH 的材料专家组成的国际团队合作进行。研究结果已被发表在《Advanced Materials》上。结果表明与丙烯酸酯树脂 (ETA/TTA) 相比，UpPhoto 和 UpDraft 树脂具有卓越的材料质量。两种材料在打印后立即完全固化，无需进行后处理。

△使用UpNano的NanoOne 2PP 3D打印机制造的高35毫米的ISO 标准测试样本

双光子聚合 (2PP) 3D 打印是一种强大的高分辨率增材制造技术。最新一代 2PP 3D 打印机将可实现的高分辨率与高生产速度（高达 >450 mm³/h）相结合，能够制造尺寸达几厘米的大型结构。这使得 2PP 3D 打印对于工业应用和大规模生产都具有吸引力。因此，2PP 3D 打印零件机械表征的标准化方法变得越来越重要。该国际团队现已首次成功将标准测试方法应用于（宏观）2PP 3D 打印零件（35 毫米大型 ISO 标准测试样本），从而为了解其机械性能提供了宝贵的见解。

UpNano 首席执行官Bernhard Küenburg 说道：“目前，微米级或纳米级 2PP 3D 打印部件还没有公认的标准化测试方法。但即使存在，大型零件的机械性能也不能简单地从如此小尺寸的样品中推断出来。因此，维也纳技术大学团队和同事的工作是 2PP 3D 打印工业应用道路上的真正突破。”

△开启2PP 打印组件材料测试的新领域——UpNano 的还原打印模式为 ISO 标准测试样本的打印和后续表征打开了大门。

研究团队能够测试 2PP 3D 打印材料的各种机械性能，包括拉伸、弯曲和硬度，以及蠕变和断裂行为。使用的材料是 ETA/TTA – 乙氧基化 (20/3)-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (ETA) 与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (TTA) 的组合 – 以及 UpNano GmbH 的两种市售材料 – UpPhoto 和 UpDraft。为了达到大型样品所需的生产速度，该团队使用了安装在 UpNano NanoOne 打印机上的 10 倍或 5 倍物镜。

UpNano 材料与应用团队负责人、该研究的作者 Markus Lunzer 解释说：“我们获得的最显著的结果之一是，在研究的三种材料中，只有 UpPhoto 和 UpDraft 适合放大。这是由于其宽加工窗口和整体均衡的特性。另一方面，ETA/TTA 被发现不适合，因为它的加工窗口小、应力引起的微裂纹以及最终产品的韧性普遍较低。”

UpPhoto 和 UpDraft 的 2PP 3D 打印还可以在打印后立即生产出完全固化的坚固部件，无需进行后固化。这对于微流体装置的 3D 打印尤其有利，因为它能够生产复杂的内部微通道结构。

通过建立符合 ISO 标准的材料测试方法，为 2PP 3D 打印转向为批量生产的制造方法铺平了道路。该团队展示了当最快的 2PP 3D 打印机与先进树脂结合使用时可以取得什么成果。打印机和树脂均由UpNano 制造和销售，这一事实再次证实了该公司作为该领域创新领导者的地位。