中科院化學(xué)所連續(xù)單墨滴3D打印研究獲進(jìn)展

來源：中國(guó)科學(xué)院科技產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

3D打印技術(shù)近年來引起廣泛關(guān)注。光固化成型技術(shù)被認(rèn)為是有潛力實(shí)現(xiàn)快速制備精密結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)之一。然而，相比基于擠出成型的3D打印方法，其材料利用率較低，且在連續(xù)3D打印過程中，液體樹脂不可避免地附著在固化結(jié)構(gòu)的表面，其附著量會(huì)隨著打印速度和粘度的增加而增加；同時(shí)，由于光散射的存在，導(dǎo)致非圖案區(qū)中的樹脂發(fā)生額外的固化。以上因素會(huì)造成材料的大量浪費(fèi)，并降低連續(xù)打印過程中的穩(wěn)定性及分辨率。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組在前期發(fā)展的利用仿生超潤(rùn)滑固化界面來減少固化樹脂與固化界面之間粘附（Research, 2018, 2018, 479560；Nature Communications, 2020, 11, 521）的工作基礎(chǔ)上，提出一種單墨滴3D打印策略，利用界面操作方法可制備出具有可控形貌的精細(xì)3D結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)墨滴一滴成型，并提高打印過程的穩(wěn)定性及精度。光固化界面的界面性質(zhì)對(duì)于單墨滴打印較為重要，有利于單墨滴三相接觸線（TCL）的連續(xù)收縮，實(shí)現(xiàn)高材料利用率的3D打印。研究表明，實(shí)現(xiàn)單墨滴3D連續(xù)打印需同時(shí)滿足兩個(gè)條件，即液體樹脂與固化樹脂間的粘附（γ1）應(yīng)大于液體樹脂與固化界面之間的粘附（γ3），以及液體樹脂與固化界面之間的粘附（γ3）應(yīng)大于固化樹脂與固化界面的粘附（γ2），該規(guī)律為單墨滴3D打印的通用性奠定基礎(chǔ)。通過調(diào)控墨滴尺寸和UV圖案參數(shù)可控制單墨滴打印的凈利用率，實(shí)現(xiàn)墨水一滴成型。該單墨滴連續(xù)3D打印方法為可控、按需個(gè)性化制備精細(xì)3D結(jié)構(gòu)開辟新途徑。

連續(xù)單墨滴3D打印過程的機(jī)理及單墨滴3D打印中所涉及的界面

相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上，論文通訊作者是化學(xué)所研究員宋延林和副研究員吳磊，第一作者是化學(xué)所博士生張虞。研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的支持。