供稿人:連偉波 魯中良 發(fā)布日期：2018-07-29
熱固性光聚合物在所有3D打印材料中占據(jù)了巨大的市場，由于其在高溫下優(yōu)異的機械穩(wěn)定性，優(yōu)異的耐化學(xué)性以及與高分辨率而被廣泛用于各種領(lǐng)域3D打印技術(shù)。然而，這些熱固性光聚合物通過光聚合形成3D部件后就不能再加工，即重新成形，修復(fù)或再循環(huán)。
新加坡科技設(shè)計大學(xué)數(shù)字制造和設(shè)計中心張彪博士(第一作者)在Nature Communications雜志上發(fā)表了一篇題為“Reprocessable thermosets for sustainable three-dimensional printing”的文章。該文章報告了通過新的策略開發(fā)了一種可再加工熱固性材料(3D Printing Reprocessable Thermoset-3DPRT)，該材料不僅允許用戶3D打印成任意形狀和結(jié)構(gòu)，而且可以在損壞的部分重新3D打印新材料來修復(fù)損壞的部分，回收不需要的印刷部件，以便材料可以重新利用。
圖1.3D打印可再處理熱固性光敏樹脂
a使用光敏樹脂溶液在光固化3D打印機上打印高精度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（階段I）的路線圖。熱處理賦予打印結(jié)構(gòu)可再處理能力（階段II）；b光敏樹脂溶液中單體，交聯(lián)劑，引發(fā)劑和催化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；c紫外光固化形成的永久共價鍵（藍點）；d熱觸發(fā)反應(yīng)導(dǎo)致新的動態(tài)共價鍵（紅點）的形成；e階段I所得到的永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)結(jié)構(gòu)；f-g階段II所得到的動態(tài)共價鍵的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
圖2. 通過對受損兔子的“手術(shù)”來展示3D打印可再處理熱固性光敏材料的再修復(fù)性
圖3. 3D打印可再處理熱固性光敏材料的再回收性
a比較利用3DPRT和用市售熱塑性塑料（PLA和ABS）和熱固性樹脂（Vero-black）打印的結(jié)構(gòu)在高溫（220°C）下的穩(wěn)定性；b3DPRT打印結(jié)構(gòu)回收性的展示；c單軸拉伸測試檢查3DPRT回收材料的力學(xué)重復(fù)性。
這種通過兩步聚合策略開發(fā)的可再處理熱固性光敏3D打印材料不僅允許用戶對3D打印結(jié)構(gòu)進行再塑形，還可以通過在損壞界面上直接3D打印來修復(fù)破壞的零件。此外，廢棄的零件可以通過酯交換反應(yīng)再回收并用于其他應(yīng)用。總之，這種新的3DPRT為解決與3D打印材料消耗快速增長相關(guān)的環(huán)境挑戰(zhàn)提供了實用的解決方案。