UAB開發(fā)新型雙光聚合技術(shù)，將 3D打印精度提升至亞微米

2025年3月30日，南極熊獲悉，巴塞羅那自治大學(xué) (UAB) 的研究人員公布了一種雙光控聚合工藝，可將 3D 打印分辨率提高到亞微米級。

新方法以題為“Antagonistic Two-Color Control ofPolymer Network Formation”的論文發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。論文介紹了一種雙波長控制方法，可顯著提高精度和材料控制。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202415431

傳統(tǒng)的 3D 打印方法通常使用單一光源來固化聚合物材料。由于反應(yīng)劑的擴(kuò)散和光衍射的自然極限，這些技術(shù)的空間分辨率有限。相比之下，UAB 的新系統(tǒng)使用兩個(gè)相反的光源（紫外線和紅色）來精確控制固體材料的形成位置。

一束光激活聚合，另一束光停止聚合。這種相互作用確保材料只在紫外線單獨(dú)照射的地方形成。當(dāng)兩束光重疊時(shí)，固化反應(yīng)停止，從而提供前所未有的空間控制。

△探索UAB 利用雙色光實(shí)現(xiàn)的亞微米光聚合進(jìn)步，以提高 3D 打印精度。

與澳大利亞研究人員合作

這一突破是阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分�；瘜W(xué)家喬迪·埃爾南多和澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)克里斯托弗·巴納-科沃利克教授團(tuán)隊(duì)合作的成果。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于氧代-狄爾斯-阿爾德環(huán)加成的光化學(xué)反應(yīng)�；瘜W(xué)反應(yīng)基于由紫外線激活的特制預(yù)聚物和固化劑，固化劑可根據(jù)光照類型切換反應(yīng)性。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，新方法采用光拮抗——一種新概念，其中一種顏色啟動固化，另一種顏色抑制固化。這套系統(tǒng)使科學(xué)家能夠以高空間精度定制 3D 結(jié)構(gòu)。這一突破直接解決了增材制造中長期存在的低分辨率和邊界不精確的問題。

△示意圖介紹了一種拮抗雙色光化學(xué)反應(yīng)策略，通過利用光調(diào)制的氧代-狄爾斯-阿爾德反應(yīng)，在光籠二烯和光開關(guān)親二烯體之間控制聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成。

重要的是，這種方法還可以減少材料浪費(fèi)并提高 3D 打印裝置的整體效率。由于有針對性的激活，只有必要的區(qū)域才會進(jìn)行固化，從而簡化流程并節(jié)省資源。

從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)前景

在實(shí)驗(yàn)室測試中，研究團(tuán)隊(duì)成功制造出具有清晰幾何形狀的固體聚合物材料，分辨率低于 1 微米。潛在應(yīng)用涵蓋多個(gè)行業(yè)，從微電子和醫(yī)療設(shè)備到光子學(xué)和微型機(jī)械零件。

Hernando 說道：“我們現(xiàn)在正努力實(shí)現(xiàn)亞微米級精度，這標(biāo)志著 3D 打印技術(shù)向前邁出了一大步�！�

時(shí)間和準(zhǔn)確性在增材制造中至關(guān)重要。由于聚合區(qū)域不精確，許多當(dāng)前系統(tǒng)都面臨著處理時(shí)間緩慢和打印線模糊的問題。新的基于光的反應(yīng)可加速固化，同時(shí)提高清晰度。這些優(yōu)勢可以為超快速原型設(shè)計(jì)和更高質(zhì)量的最終產(chǎn)品鋪平道路。