相关研究以题为“multicolor digital light processing 3d printing enables dissolvable supports for freestanding and non-assembly structures “的论文发表于《acs central science》杂志上。这项研究由 zachariah a. page 领导，得到了美国陆军研究办公室、美国国家科学基金会和罗伯特·a·韦尔奇基金会的支持。作者还感谢与monoprinter和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的合作。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.5c00289
当前的dlp工作流程通常受限于需要手动移除支撑结构，尤其是在制造带有悬垂或内部接头的组件时。这些限制制约了自动化程度，并增加了生产时间和成本。为了克服这个问题，研究团队设计了波长选择性光聚合物树脂，根据打印过程中使用的光颜色，它可以形成不溶性热固性树脂或易溶性热塑性树脂。
实际上，这使得支撑材料能够用一种材料打印，并使用环保溶剂乙酸乙酯快速溶解，而不会影响主要结构。支撑材料在室温下10分钟内即可溶解，无需耗时的打磨或切割。
△图示：传统dlp 3d打印采用手动去除支撑（a）与新型多色dlp工艺采用可溶解支撑（b）的对比。图片来自德克萨斯大学奥斯汀分校。
高分辨率多材料打印
这项研究展示了多色dlp技术如何作为精密的多材料平台，实现亚100微米的特征分辨率，层高低至50微米。通过调节光引发剂和光酸系统，使其选择性地响应紫外光（365纳米）、紫光（405纳米）或蓝光（460纳米），研究团队在单个容器中实现了聚合物网络的空间控制。这使得生产复杂的独立结构成为可能，例如锁子甲、带有无支撑悬垂的挂钩以及全封闭的接头，而这些结构传统上需要大量的后处理或多步骤组装。
采用可见光固化热塑性材料打印的支撑件在构建过程中表现出足够的机械完整性，拉伸模量约为160-200 mpa。然而，在浸入乙酸乙酯后，它们会在10分钟内溶解，而紫外线固化的热固性结构则保持完好。表面轮廓测量法证实，在支撑件和最终物体之间添加一层可溶解材料的单界面层，可显著改善表面光洁度，无需抛光即可将粗糙度降低至5 μm以下。计算机断层扫描验证了几何保真度，与cad文件的尺寸偏差低至126 μm，这进一步证明了该方法在高精度、溶剂型多材料打印方面的应用潜力。
△dlp 3d 打印中可溶解支撑与传统支撑的比较。(a) 使用紫光打印的可溶解支撑圆盘，在乙酸乙酯中快速溶解。(b) 重量分析显示选择性质量损失。(c) 支撑和结构材料的机械性能。(d) 手动去除支撑的步骤。(e) 不同方法的表面粗糙度比较。(f) 高分辨率测试打印件展示特征保真度。图片来自德克萨斯大学奥斯汀分校。
迈向可扩展自动化
这项研究标志着向自动化大桶光聚合工作流程迈出了重要一步。通过消除手动去除支撑物，并实现表面光洁度和最小粗糙度，这一新方法有望惠及医疗设备、机器人技术和消费品等领域。
作者建议，未来的工作可能涉及改进树脂配方以提高性能和打印速度，可能加入新的活性稀释剂和不透明剂以提高分辨率。
△打印的独立式非组装结构示例，包括固定器、带悬垂的挂钩、互锁链和旋转关节，以及可溶解支撑移除前后的对比。图片来自德克萨斯大学奥斯汀分校。
可溶解材料作为后处理溶液
可溶解支撑一直是增材制造领域的关注焦点，尤其在提高后处理效率方面。在熔融沉积成型 (fdm) 中，使用oryx additive的 src1等专用清洁剂可以有效去除stratasys 的 sr-30等材料，其溶解支撑的速度是传统溶液的两倍。对于树脂基打印，xioneer的vortex ez等系统采用热量和流体搅拌来简化可溶支撑的去除。在金属增材制造领域，创新导致了化学工艺的发展，这些工艺可以在不损害主要部件完整性的情况下选择性地溶解支撑结构。这些进步凸显了业界致力于减少人工干预和提高 3d 打印工作流程整体效率的承诺。
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