UAB開發(fā)新型雙光聚合技術(shù)，將 3D打印精度提升至亞微米

2025年3月30日，南極熊獲悉，巴塞羅那自治大學(xué) (UAB) 的研究人員公布了一種雙光控聚合工藝，可將 3D 打印分辨率提高到亞微米級(jí)。

新方法以題為“Antagonistic Two-Color Control ofPolymer Network Formation”的論文發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。論文介紹了一種雙波長(zhǎng)控制方法，可顯著提高精度和材料控制。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202415431

傳統(tǒng)的 3D 打印方法通常使用單一光源來(lái)固化聚合物材料。由于反應(yīng)劑的擴(kuò)散和光衍射的自然極限，這些技術(shù)的空間分辨率有限。相比之下，UAB 的新系統(tǒng)使用兩個(gè)相反的光源（紫外線和紅色）來(lái)精確控制固體材料的形成位置。

一束光激活聚合，另一束光停止聚合。這種相互作用確保材料只在紫外線單獨(dú)照射的地方形成。當(dāng)兩束光重疊時(shí)，固化反應(yīng)停止，從而提供前所未有的空間控制。

△探索UAB 利用雙色光實(shí)現(xiàn)的亞微米光聚合進(jìn)步，以提高 3D 打印精度。

與澳大利亞研究人員合作

這一突破是阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分�；瘜W(xué)家喬迪·埃爾南多和澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)克里斯托弗·巴納-科沃利克教授團(tuán)隊(duì)合作的成果。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于氧代-狄爾斯-阿爾德環(huán)加成的光化學(xué)反應(yīng)�；瘜W(xué)反應(yīng)基于由紫外線激活的特制預(yù)聚物和固化劑，固化劑可根據(jù)光照類型切換反應(yīng)性。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)不同，新方法采用光拮抗——一種新概念，其中一種顏色啟動(dòng)固化，另一種顏色抑制固化。這套系統(tǒng)使科學(xué)家能夠以高空間精度定制 3D 結(jié)構(gòu)。這一突破直接解決了增材制造中長(zhǎng)期存在的低分辨率和邊界不精確的問(wèn)題。

△示意圖介紹了一種拮抗雙色光化學(xué)反應(yīng)策略，通過(guò)利用光調(diào)制的氧代-狄爾斯-阿爾德反應(yīng)，在光籠二烯和光開關(guān)親二烯體之間控制聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成。

重要的是，這種方法還可以減少材料浪費(fèi)并提高 3D 打印裝置的整體效率。由于有針對(duì)性的激活，只有必要的區(qū)域才會(huì)進(jìn)行固化，從而簡(jiǎn)化流程并節(jié)省資源。

從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)前景

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，研究團(tuán)隊(duì)成功制造出具有清晰幾何形狀的固體聚合物材料，分辨率低于 1 微米。潛在應(yīng)用涵蓋多個(gè)行業(yè)，從微電子和醫(yī)療設(shè)備到光子學(xué)和微型機(jī)械零件。

Hernando 說(shuō)道：“我們現(xiàn)在正努力實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)精度，這標(biāo)志著 3D 打印技術(shù)向前邁出了一大步�！�

時(shí)間和準(zhǔn)確性在增材制造中至關(guān)重要。由于聚合區(qū)域不精確，許多當(dāng)前系統(tǒng)都面臨著處理時(shí)間緩慢和打印線模糊的問(wèn)題。新的基于光的反應(yīng)可加速固化，同時(shí)提高清晰度。這些優(yōu)勢(shì)可以為超快速原型設(shè)計(jì)和更高質(zhì)量的最終產(chǎn)品鋪平道路。