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麻省理工学院用LED灯改变3D打印对象化学结构

近日,麻省理工学院的化学家们开发了一种新的3D打印技术,允许改变打印对象的化学结构和多个3D打印对象的化学连接。据悉,该技术可以大大扩展使用3D打印创建的对象的复杂性。

3D打印是一种令人难以置信的制造技术,能够从许多种材料中创造许多东西。但是技术还有局限性:一方面,3D打印对象总体上是不可改变的。它们可以进行后处理、打磨,甚至加工成更小的形状,但是3D打印聚合物物体的化学结构则是固定不变的。但现在,麻省理工学院的一组化学专家们已经开发出用于改变3D打印物体化学结构的新技术,其化学成分可以在打印后改变,该技术还允许多个3D打印对象融合在一起。

现在,麻省理工学院的团队在最近的ACS中央科学期刊上发表了他们的研究成果。 Jeremiah Johnson是麻省理工学院化学专业的Firmenich职业发展副教授,也是研究论文的高级作者,他向MIT工作人员解释如何使用这种新技术来增加3D打印对象的复杂性。 “这个想法是,你可以打印一个材料,然后采取这种材料,使用光将材料变成别的东西,或进一步增长材料,”他说道。

立体光刻技术,3D Systems公司率先采用的液态树脂3D打印技术,以及Formlabs等公司推广的液体树脂3D打印技术是3D打印技术普通用户更为准确的工艺之一。立体光刻3D打印机将一系列明亮的投影照射到一桶液体树脂上,该液体树脂响应于光而固化(硬化),逐层地形成固体物体。通过采用立体光刻并将其与称为“活性聚合”的技术相结合,Johnson及其团队已经能够创建3D打印材料,可以让其生长停止,然后在稍后的时间点重新开始。

早在2013年,麻省理工学院的研究人员发现,通过使用紫外线,他们可以打破3D打印结构的聚合物,创建被称为“自由基”的反应分子。自由基然后可以绑定到周围新单体,将它们并入原始材料中。Johnson说:“这里的优势是你可以打开灯,它们成长,你把灯关掉,它们停止。原则上,你可以无限期地重复,它们可以继续成长。”

不幸的是,试图控制自由基被证明是非常困难的,对3D打印材料施加过度的损伤。但麻省理工学院的化学专家们想出了另一个方法:来自LED的蓝色光。如用于3D打印的聚合物包含化学基团TTC,其可以通过由光打开的有机催化剂活化。当受到来自LED的蓝光时,这些TTC随着新单体附着而伸展。由于这些单体均匀地加入,它们为材料提供了新的性能。“我们可以采取宏观材料,并按我们想要的方式成长,”Johnson说。

通过使用LED光技术,麻省理工学院的研究人员发现,他们可以改变3D打印对象结构的各种属性,包括它们的刚度和疏水性(它们排斥或吸收水的程度)。通过添加某种类型的单体,化学家也能够使材料响应于温度膨胀或收缩。除此之外,他们能够通过在互连区域上照射光来熔化两个3D打印物体。研究人员说,“这个特定的过程可以用来创造巨大的、化学稳定的3D打印结构,并拥有前所未有的复杂性。”

现在,研究人员面临的一个障碍是将实验的环境保持为无氧,因为在该过程中使用的有机催化剂在氧存在下不能起作用。然而,该组测试可在有氧环境下催化类似聚合的其它催化剂。

通过合并聚合物科学和材料科学领域,麻省理工学院的研究人员为高级3D打印打开了几个令人兴奋的机会。

延伸阅读:《研究人员开发出创建3D打印支架组织的LDM新技术

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