維也納技術(shù)大學(xué)首次對(duì)雙光子聚合3D 打印零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化材料測(cè)試

2024年2月27日，南極熊獲悉，來(lái)自維也納技術(shù)大學(xué)、加州理工學(xué)院等地的國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次使用符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法測(cè)試了毫米至厘米范圍內(nèi)的雙光子聚合(2PP) 3D 打印塊狀樣本的機(jī)械性能。這一突破是通過(guò)將最快的商用 2PP 3D 打印機(jī)之一（來(lái)自UpNano公司的NanoOne光固化打印設(shè)備）與能夠以非常高的體積構(gòu)建速率進(jìn)行加工的樹(shù)脂相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)了升級(jí)。

△NanoOne平臺(tái)—在 2PP 3D 打印領(lǐng)域，以最高的精度滿(mǎn)足無(wú)與倫比的吞吐量

這項(xiàng)研究由來(lái)自維也納技術(shù)大學(xué) (TU Wien)、加州理工學(xué)院 (Caltech) 和亞琛工業(yè)大學(xué)的研究人員以及 UpNano GmbH 的材料專(zhuān)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行。研究結(jié)果已被發(fā)表在《Advanced Materials》上。結(jié)果表明與丙烯酸酯樹(shù)脂 (ETA/TTA) 相比，UpPhoto 和 UpDraft 樹(shù)脂具有卓越的材料質(zhì)量。兩種材料在打印后立即完全固化，無(wú)需進(jìn)行后處理。

△使用UpNano的NanoOne 2PP 3D打印機(jī)制造的高35毫米的ISO 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣本

雙光子聚合 (2PP) 3D 打印是一種強(qiáng)大的高分辨率增材制造技術(shù)。最新一代 2PP 3D 打印機(jī)將可實(shí)現(xiàn)的高分辨率與高生產(chǎn)速度（高達(dá) >450 mm³/h）相結(jié)合，能夠制造尺寸達(dá)幾厘米的大型結(jié)構(gòu)。這使得 2PP 3D 打印對(duì)于工業(yè)應(yīng)用和大規(guī)模生產(chǎn)都具有吸引力。因此，2PP 3D 打印零件機(jī)械表征的標(biāo)準(zhǔn)化方法變得越來(lái)越重要。該國(guó)際團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已首次成功將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法應(yīng)用于（宏觀）2PP 3D 打印零件（35 毫米大型 ISO 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣本），從而為了解其機(jī)械性能提供了寶貴的見(jiàn)解。

UpNano 首席執(zhí)行官Bernhard Küenburg 說(shuō)道：“目前，微米級(jí)或納米級(jí) 2PP 3D 打印部件還沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法。但即使存在，大型零件的機(jī)械性能也不能簡(jiǎn)單地從如此小尺寸的樣品中推斷出來(lái)。因此，維也納技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)和同事的工作是 2PP 3D 打印工業(yè)應(yīng)用道路上的真正突破。”

△開(kāi)啟2PP 打印組件材料測(cè)試的新領(lǐng)域——UpNano 的還原打印模式為 ISO 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣本的打印和后續(xù)表征打開(kāi)了大門(mén)。

研究團(tuán)隊(duì)能夠測(cè)試 2PP 3D 打印材料的各種機(jī)械性能，包括拉伸、彎曲和硬度，以及蠕變和斷裂行為。使用的材料是 ETA/TTA – 乙氧基化 (20/3)-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯 (ETA) 與三羥甲基丙烷三丙烯酸酯 (TTA) 的組合 – 以及 UpNano GmbH 的兩種市售材料 – UpPhoto 和 UpDraft。為了達(dá)到大型樣品所需的生產(chǎn)速度，該團(tuán)隊(duì)使用了安裝在 UpNano NanoOne 打印機(jī)上的 10 倍或 5 倍物鏡。

UpNano 材料與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、該研究的作者 Markus Lunzer 解釋說(shuō)：“我們獲得的最顯著的結(jié)果之一是，在研究的三種材料中，只有 UpPhoto 和 UpDraft 適合放大。這是由于其寬加工窗口和整體均衡的特性。另一方面，ETA/TTA 被發(fā)現(xiàn)不適合，因?yàn)樗�的加工窗口小、�?yīng)力引起的微裂紋以及最終產(chǎn)品的韌性普遍較低。”

UpPhoto 和 UpDraft 的 2PP 3D 打印還可以在打印后立即生產(chǎn)出完全固化的堅(jiān)固部件，無(wú)需進(jìn)行后固化。這對(duì)于微流體裝置的 3D 打印尤其有利，因?yàn)樗�能夠生產(chǎn)復(fù)雜的內(nèi)部微通道結(jié)構(gòu)。

通過(guò)建立符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的材料測(cè)試方法，為 2PP 3D 打印轉(zhuǎn)向?yàn)榕�量生產(chǎn)的制造方法鋪平了道路。該團(tuán)隊(duì)展示了當(dāng)最快的 2PP 3D 打印機(jī)與先進(jìn)樹(shù)脂結(jié)合使用時(shí)可以取得什么成果。打印機(jī)和樹(shù)脂均由UpNano 制造和銷(xiāo)售，這一事實(shí)再次證實(shí)了該公司作為該領(lǐng)域創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者的地位。