研究人員首次對(duì)雙光子聚合（2PP）3D打印零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化材料測(cè)試

南極熊導(dǎo)讀：目前，雙光子聚合（2PP）3D 打印技術(shù)屬于創(chuàng)新工藝，它通常用于微米范圍內(nèi)的3D打印應(yīng)用，例如微光學(xué)和微機(jī)械。這種工藝對(duì)于工業(yè)應(yīng)用和大批量生產(chǎn)也很有吸引力�？紤]到這種方法用于高精度應(yīng)用，雙光子聚合3D打印部件的材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化就顯得尤為重要。

△用于拉伸材料測(cè)試的ISO標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣本，高度為35毫米，使用UpNano的NanoOne 2PP 3D打印平臺(tái)打印

2024年3月1日，南極熊獲悉，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)（RWTH Aachen University）的研究人員以及 UpNano GmbH 公司的材料專家開展了一項(xiàng)跨國(guó)合作研究，首次對(duì)（宏觀）2PP 3D 打印部件（如符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的35毫米試樣）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化材料測(cè)試。通過(guò)這項(xiàng)工作，可確保生產(chǎn)的部件具有一定的質(zhì)量和安全性，以及進(jìn)一步了解這些部件的機(jī)械性能。

△這項(xiàng)研究發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上，題目為“接近標(biāo)準(zhǔn)化：宏觀雙光子聚合樣品的力學(xué)材料測(cè)試”（傳送門）

這項(xiàng)研究是首次使用標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)2PP 3D打印的塊狀樣品進(jìn)行毫米到厘米范圍內(nèi)的機(jī)械性能測(cè)試。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的重要意義在于，它有助于2PP 3D打印技術(shù)發(fā)展成為一種大規(guī)模生產(chǎn)的制造方法。這是因?yàn)樵撗芯看_立了符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)要求的材料測(cè)試程序。這項(xiàng)研究是使用 NanoOne 2PP 3D打印成型機(jī)和樹脂材料進(jìn)行的。

研究小組的研究結(jié)果表明，UpNano的UpPhoto和UpDraft樹脂用于宏觀測(cè)試樣本，不僅在材料質(zhì)量方面優(yōu)于使用丙烯酸樹脂（ETA/TTA）的傳統(tǒng)樹脂3D打印，而且無(wú)需后處理，因?yàn)樗鼈兛勺孕锌焖俟袒��?br />
UpNano首席執(zhí)行官Bernhard Küenburg補(bǔ)充說(shuō)："目前，對(duì)于微米或納米級(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。但即使有，也不能簡(jiǎn)單地從這種小尺寸樣品推斷出大型部件的機(jī)械性能。因此，維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)及其同事的工作是2PP 3D打印技術(shù)工業(yè)應(yīng)用道路上的真正突破。

△NanoOne 2PP 3D打印機(jī)

測(cè)試2PP 3D打印零件的機(jī)械性能

2PP 3D打印材料的機(jī)械性能測(cè)試一方面包括拉伸、彎曲和硬度性能，另一方面包括蠕變和斷裂行為。研究小組使用了ETA/TTA材料（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)以及UpNano UpPhoto和UpDraft。此外，為了滿足大型樣品所需的生產(chǎn)速度，該團(tuán)隊(duì)使用了安裝在NanoOne 打印機(jī)上的10倍和5倍物鏡。研究人員表示，這是目前市場(chǎng)上最快的商用 2PP 3D 打印機(jī)，能夠打印超過(guò)15個(gè)數(shù)量級(jí)的打印量，這對(duì)大型樣品來(lái)說(shuō)是必不可少的。

△測(cè)試結(jié)果

UpNano材料與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Markus Lunzer指出：“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樹脂適合放大。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。”

這對(duì)于微流體裝置的增材制造尤其具有巨大的潛力，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)這種方式生產(chǎn)復(fù)雜的內(nèi)部微通道結(jié)構(gòu)。無(wú)論2PP在未來(lái)的發(fā)展中如何轉(zhuǎn)變，尤其是在引入標(biāo)準(zhǔn)化和測(cè)試手段之后，這將帶來(lái)許多新的應(yīng)用程序和組件。