今日Science：流动液体界面实现快速，大容量的热控3D打印技术

今日Science：流动液体界面实现快速，大容量的热控3D打印技术

【研究背景与进展】

3D打印是一种极具前景的增材制造方法，目前传统的3D打印技术是立体光刻技术（SLA），是一种很有前途的塑料印刷方法，它通过使用紫外线固化液态光活性树脂光来制备由二维层叠层组成的三维物体。这种传统的SLA技术存在界面“死层”问题，研究者提出了一种称为连续液体界面印刷的变体SLA技术，利用氧气抑制来打印过程中的反应“死层”。 这一“死层”防止了打印物体的部分与打印缸底部之间的粘合，避免了重复机械地从打印缸上切割零件。这种连续打印方法将垂直打印速度提高两个数量级，同时消除上述逐层层压方法固有的材料缺陷。然而，用于这种变体SLA技术的聚合反应会产生较高的温度，并且在高速印刷下，设备散热是一个巨大的挑战。此外，气态氧的输送限制了使用传统的周边冷却方案。

今日，Science在线发表了一篇题为“Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface”的文章，通讯作者是美国西北大学David A. Walker教授和James L. Hedrick教授的。该文章报道了一种用于聚合物部件的立体光刻三维打印方法，使用可移动液体界面（氟化油）来减少界面和打印对象之间的粘附力，实现了连续快速打印。

【图文简介】

图1支持连续打印的流动界面剖面图

(A)从HARP 3D打印机中出现的3D打印部件的方案。（B）不同流速下印刷件下的速度剖面，表明存在滑移边界。（C）在该部分下面的滑动边界流剖面图中插入了一个具有代表性的实验观测流剖面图。

图23D打印部件的红外热像图

(A)固定打印接口。（B）移动接口。（C）主动冷却的移动接口。

图3制造现成材料和解决方案

(A)类-ABC聚氨酯丙烯酸酯树脂制备的Ⅰ型狗骨结构表现出各向同性的力学性能。（B）HARP还能实现高空间分辨率和打印保真度。（C）计算机断层扫描。（D）沿打印方向的典型高度剖面扫描。（E）轮廓测量数据的分析允许计算算术表面粗糙度。（F）尽管存在表面粗糙度，最大拉伸应力仍然保持特征尺寸不变。

图4兼容多种打印材质

（A）硬质可加工聚氨酯丙烯酸酯部件。（B）后处理碳化硅陶瓷印刷晶格（绿色聚合物前体的印刷速率。（C和D）印刷丁二烯橡胶结构。（E）聚丁二烯橡胶。（F）在不到3小时内印刷1~1.2米硬聚氨酯丙烯酸酯晶格。

【小结】

该研究使得SLA-3D打印技术在吞吐量、移动接口设计和材料通用性方面取得了重大进步，解决了与大面积、大对象三维打印相关的几个问题。但是作者提出该领域仍然存在一些巨大的挑战，包括开发能够保持高侧向分辨率并通过接口传递高性能的高速光学系统。此外，高垂直速度的立体光刻系统还受到低粘度和低收缩性树脂的限制，这些树脂可用于产生具有工业相关性能的结构。

文献链接：Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface, 2019, Science, DOI: 10.1126/science.aax1562.