最新Nature:可循環再生3D打印光聚合物樹脂

通過光聚合技術對光聚合物樹脂進行增材制造，可以快速3D打印零件。該工藝自20世紀80年代誕生以來不斷發展，不僅在裝備上實現了高分辨率、高打印速度的突破，還涌現出一系列不同性能的樹脂材料，以滿足不同行業、不同用途的使用。液體樹脂配方由含有（甲基）丙烯酸酯和環氧化物的反應性單體和/或低聚物組成，在光引發劑存在下暴露于光刺激下時，會快速光聚合，形成交聯聚合物網絡。盡管最近通過可再生生物質的衍生化和引入水解可降解鍵取得了進展，但這些樹脂成分大多從石油原料中獲得。然而，所得材料仍然類似于傳統的交聯橡膠和熱固性材料，因此限制了打印部件的可回收性。目前，還沒有一種現有的光聚合物樹脂可以解聚并直接在閉環路徑中重新使用。

近日，英國伯明翰大學Joshua C. Worch 教授和 Andrew P. Dove教授團隊等人在Nature上發表了題為“A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing”的文章，該項研究報道了一種完全可再生的光聚合物樹脂平臺，可以3D打印成高分辨率的部件，有效解構并在循環過程中重新打印。這種方法通過使用動態循環二硫化物替代傳統（甲基）丙烯酸酯，解決了之前使用內部動態共價鍵回收和重新打印光聚合物時效率低的問題。硫辛酸鹽樹脂材料體系是高度模塊化的，通過調整其組成和網絡架構，可以獲得具有不同熱性能和機械性能的打印材料，這些性能可與多種商業丙烯酸樹脂相媲美。

圖1光聚合樹脂的3D打印及其回收? 2024 Springer Nature

圖2 MenL_p1–IsoL_p2(30:70wt%)的3D打印以及打印部件的解聚? 2024 Springer Nature

圖3幾種可再生脂酸樹脂后固化2D光固化材料的熱性能和機械性能? 2024 Springer Nature

圖4 EtL_p1–GlyL_p3(31:69wt%)樹脂的循環DLP打印? 2024 Springer Nature

該項研究通過展示循環DLP打印證明了光敏聚合物樹脂在增材制造領域取得了概念驗證的進步。使用可再生、可持續和無害的硫辛酸鹽同時解決了目前最先進樹脂的局限性，并為更廣泛采用帶來了巨大希望。與（甲基）丙烯酸酯光敏聚合物樹脂相比，硫辛酸酯基樹脂還具有健康和安全優勢。此外，硫辛酸已經大規模生產，并應用于保健品等商品中。考慮到樹脂設計中的化學成分，這些硫辛酸酯基材料有望實現生物降解。目前的努力集中在改善網絡解聚的正交性，即消除低聚污染物的存在，以減輕大規模回收中樹脂成分的微小差異。總之，該項研究提出了一個創新的解決方案，通過使用特定的化學結構和反應機制，使得光固化樹脂能夠在不使用額外添加劑的情況下實現快速固化，并在回收和再利用過程中保持其性能的穩定。這為光固化樹脂的循環使用和可持續發展提供了新的思路。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9