最新Nature:可循环再生3D打印光聚合物树脂
通过光聚合技术对光聚合物树脂进行增材制造，可以快速3D打印零件。该工艺自20世纪80年代诞生以来不断发展，不仅在装备上实现了高分辨率、高打印速度的突破，还涌现出一系列不同性能的树脂材料，以满足不同行业、不同用途的使用。液体树脂配方由含有（甲基）丙烯酸酯和环氧化物的反应性单体和/或低聚物组成，在光引发剂存在下暴露于光刺激下时，会快速光聚合，形成交联聚合物网络。尽管最近通过可再生生物质的衍生化和引入水解可降解键取得了进展，但这些树脂成分大多从石油原料中获得。然而，所得材料仍然类似于传统的交联橡胶和热固性材料，因此限制了打印部件的可回收性。目前，还没有一种现有的光聚合物树脂可以解聚并直接在闭环路径中重新使用。
近日，英国伯明翰大学Joshua C. Worch 教授和 Andrew P. Dove教授团队等人在Nature上发表了题为“A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing”的文章，该项研究报道了一种完全可再生的光聚合物树脂平台，可以3D打印成高分辨率的部件，有效解构并在循环过程中重新打印。这种方法通过使用动态循环二硫化物替代传统（甲基）丙烯酸酯，解决了之前使用内部动态共价键回收和重新打印光聚合物时效率低的问题。硫辛酸盐树脂材料体系是高度模块化的，通过调整其组成和网络架构，可以获得具有不同热性能和机械性能的打印材料，这些性能可与多种商业丙烯酸树脂相媲美。
图1光聚合树脂的3D打印及其回收© 2024 Springer Nature
图2 MenLp1–IsoLp2(30:70wt%)的3D打印以及打印部件的解聚© 2024 Springer Nature
图3几种可再生脂酸树脂后固化2D光固化材料的热性能和机械性能© 2024 Springer Nature
图4 EtLp1–GlyLp3(31:69wt%)树脂的循环DLP打印© 2024 Springer Nature
该项研究通过展示循环DLP打印证明了光敏聚合物树脂在增材制造领域取得了概念验证的进步。使用可再生、可持续和无害的硫辛酸盐同时解决了目前最先进树脂的局限性，并为更广泛采用带来了巨大希望。与（甲基）丙烯酸酯光敏聚合物树脂相比，硫辛酸酯基树脂还具有健康和安全优势。此外，硫辛酸已经大规模生产，并应用于保健品等商品中。考虑到树脂设计中的化学成分，这些硫辛酸酯基材料有望实现生物降解。目前的努力集中在改善网络解聚的正交性，即消除低聚污染物的存在，以减轻大规模回收中树脂成分的微小差异。总之，该项研究提出了一个创新的解决方案，通过使用特定的化学结构和反应机制，使得光固化树脂能够在不使用额外添加剂的情况下实现快速固化，并在回收和再利用过程中保持其性能的稳定。这为光固化树脂的循环使用和可持续发展提供了新的思路。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9
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