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3D打印立陶宛從大豆中提取出一種環保的 3D 打印生物樹脂

2020-07-08  2030

2020年6月23日,南極熊從外媒獲悉,維爾紐斯大學和考納斯理工大學的研究人員開發出了一種環保、可回收的樹脂,用于光固化3D打?。∣3P)工藝。

這種生物樹脂源自大豆,滿足了3D打印中使用的傳統聚合物的技術、功能和耐久性要求,同時以較低的成本提高了生物兼容性。這種新的生物材料可用于小批量生產服務,使O3DP制造走向采用生物基樹脂,而不是不可回收的石油衍生光聚合物。

DLP測試過程,圖片來自《科學報告》

3D打印中光聚合物環保的替代品

生物基聚合物由于其碳中和、生物降解和可回收性,越來越多地被3D打印行業采用,作為光聚合物的替代品。例如,植物油廣泛存在,可作為許多聚合物替代品的起始材料,同時顯示出固有的可降解性和低毒性。同時,O3DP工藝也被開發出來,作為實現低廢物生產的一種方法,但許多方法仍然依賴于石油衍生的樹脂。

O3DP制造方法具有許多優點,如其集成了后處理技術,可以制造自由形狀的結構,作為生產純玻璃、陶瓷和金屬物體的3D模板。此外,該生產技術還可以靈活地制造多維、分層或任意結構,這在一定范圍內加速了3D打印工藝的應用。

為了繼續收獲O3DP打印的好處,盡管是以一種更環保的方式,立陶宛的研究人員設計了他們的新生物聚合物。這種由大豆提取物構建的樹脂適用于從納米(數百納米)到宏觀尺寸(厘米)的O3DP。此外,通過優化打印過程中的脈沖曝光,該樹脂可以進行純粹的加工,而無需添加任何人工光引發劑(PI)。

圖片顯示了使用新型生物樹脂可以實現的空間分辨率和應用,圖片來自《科學報告》

環保樹脂的測試和分析

根據不同的應用,樹脂需要不同的照射強度和可實現的分辨率,該團隊選擇了丙烯酸化環氧大豆油(AESO)來展示生物基樹脂在O3DP中的適用性。例如,大多數桌面3D打印機都兼容丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯樹脂,用于宏觀尺度物體的原型制作。

同時,AESO材料的優勢在于,它適合制造跨越五個數量級的物體。此外,據研究人員介紹,他們的生物樹脂之所以適合采用O3DP方法,不僅僅是因為沒有PIs等吸光化合物。材料的最終化學配方、物理特性、粘度和反應機制,對決定其3D光結構品質和可回收性也有重要影響。

在標準的Formlabs Form 2光學系統上使用投影儀(DLP)3D打印,立陶宛團隊制作了一系列不同比例的基準樣品。這些模型包括兩個被命名為 "塔 "和 "馬文 "的國際象棋風格的作品,一個非線性光刻(NLL)打印的腳手架結構,以及外部尺寸達到數百μm、單個特征只有幾μm的光柵。據團隊介紹,這些部件的特性證明了他們的樹脂除了適合快速原型制造外,還適合按需提供小批量的商業化生產服務。

立陶宛研究人員制作了一系列3D打印模型,以展示他們新樹脂的品質(如圖),圖片來自《科學報告》

Asiga Pico2 39 UV和Autodesk Ember DLP 3D打印機被總結用于測試定制樹脂的線性吸收和對宏觀增材制造的適用性。打印的對象顯示出與使用聚合物樹脂生產的類似的層厚,額外的NLL測試使用了常見的激光光刻設置,方便3D打印精確的毫米級原型。此外,還展示了特征尺寸小于1μm的周期性結構的精細制造,這意味著生產并不局限于龐大的單片物體。

總的來說,AESO樹脂與現有的O3DP樹脂相比具有明顯的性能優勢,因為它可以用DLP或NLL打印加工,同時保持了60%以上的生物可再生碳。此外,通過將AESO與稀釋劑和PIs混合,AESO的流變性和光學特性很容易被改變,使得該團隊能夠從單一材料中生產出多尺度(從數百納米到厘米)的物體。

AESO樹脂的機械性能,如其彈性模量、拉伸強度和斷裂伸長率等,目前仍在研究中,據研究小組介紹,研究結果將另行公布。盡管如此,該樹脂所表現出的與一系列O3DP技術的兼容性,可以從根本上使桌面3D打印機所有者制造產品變得更簡單、更實惠,而且是以更環保的方式。

研究人員的研究結果詳見他們于2019年6月16日發表在《科學報告》雜志上的題為 "A Bio-Based Resin for a Multi-Scale Optical 3D Printing "的論文。該報告由Edvinas Skliutas、Migle Lebedevaite、Sigita Kasetaite、Sima Rek tyt 、Saulius Lileikis、Jolita Ostrauskaite和Mangirdas Malinauskas共同撰寫。

文章來源:南極熊



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