相關研究以題為“multicolor digital light processing 3d printing enables dissolvable supports for freestanding and non-assembly structures “的論文發表於《acs central science》雜誌上。這項研究由 zachariah a. page 領導，得到了美國陸軍研究辦公室、美國國家科學基金會和羅伯特·a·韋爾奇基金會的支持。作者還感謝與monoprinter和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的合作。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.5c00289
當前的dlp工作流程通常受限於需要手動移除支撐結構，尤其是在製造帶有懸垂或內部接頭的組件時。這些限制制約了自動化程度，並增加了生產時間和成本。為了克服這個問題，研究團隊設計了波長選擇性光聚合物樹脂，根據打印過程中使用的光顏色，它可以形成不溶性熱固性樹脂或易溶性熱塑性樹脂。
實際上，這使得支撐材料能夠用一種材料打印，並使用環保溶劑乙酸乙酯快速溶解，而不會影響主要結構。支撐材料在室溫下10分鐘內即可溶解，無需耗時的打磨或切割。
△圖示：傳統dlp 3d打印採用手動去除支撐（a）與新型多色dlp工藝採用可溶解支撐（b）的對比。圖片來自德克薩斯大學奧斯汀分校。
高分辨率多材料打印
這項研究展示了多色dlp技術如何作為精密的多材料平台，實現亞100微米的特徵分辨率，層高低至50微米。通過調節光引發劑和光酸系統，使其選擇性地響應紫外光（365納米）、紫光（405納米）或藍光（460納米），研究團隊在單個容器中實現了聚合物網絡的空間控制。這使得生產複雜的獨立結構成為可能，例如鎖子甲、帶有無支撐懸垂的掛鈎以及全封閉的接頭，而這些結構傳統上需要大量的後處理或多步驟組裝。
採用可見光固化熱塑性材料打印的支撐件在構建過程中表現出足夠的機械完整性，拉伸模量約為160-200 mpa。然而，在浸入乙酸乙酯後，它們會在10分鐘內溶解，而紫外線固化的熱固性結構則保持完好。表面輪廓測量法證實，在支撐件和最終物體之間添加一層可溶解材料的單界面層，可顯著改善表面光潔度，無需拋光即可將粗糙度降低至5 μm以下。計算機斷層掃描驗證了幾何保真度，與cad文件的尺寸偏差低至126 μm，這進一步證明了該方法在高精度、溶劑型多材料打印方面的應用潛力。
△dlp 3d 打印中可溶解支撐與傳統支撐的比較。(a) 使用紫光打印的可溶解支撐圓盤，在乙酸乙酯中快速溶解。(b) 重量分析顯示選擇性質量損失。(c) 支撐和結構材料的機械性能。(d) 手動去除支撐的步驟。(e) 不同方法的表面粗糙度比較。(f) 高分辨率測試打印件展示特徵保真度。圖片來自德克薩斯大學奧斯汀分校。
邁向可擴展自動化
這項研究標誌着向自動化大桶光聚合工作流程邁出了重要一步。通過消除手動去除支撐物，並實現表面光潔度和最小粗糙度，這一新方法有望惠及醫療設備、機器人技術和消費品等領域。
作者建議，未來的工作可能涉及改進樹脂配方以提高性能和打印速度，可能加入新的活性稀釋劑和不透明劑以提高分辨率。
△打印的獨立式非組裝結構示例，包括固定器、帶懸垂的掛鈎、互鎖鏈和旋轉關節，以及可溶解支撐移除前後的對比。圖片來自德克薩斯大學奧斯汀分校。
可溶解材料作為後處理溶液
可溶解支撐一直是增材製造領域的關注焦點，尤其在提高後處理效率方面。在熔融沉積成型 (fdm) 中，使用oryx additive的 src1等專用清潔劑可以有效去除stratasys 的 sr-30等材料，其溶解支撐的速度是傳統溶液的兩倍。對於樹脂基打印，xioneer的vortex ez等系統採用熱量和流體攪拌來簡化可溶支撐的去除。在金屬增材製造領域，創新導致了化學工藝的發展，這些工藝可以在不損害主要部件完整性的情況下選擇性地溶解支撐結構。這些進步凸顯了業界致力於減少人工干預和提高 3d 打印工作流程整體效率的承諾。
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