德克萨斯大学研究人员有望彻底改变光驱动3D打印技术

2024年1月22日，南极熊获悉，德克萨斯大学奥斯汀分校的化学研究人员宣称，他们成功开发了一项创新工艺，有望彻底改变光驱动的3D打印技术，取代传统紫外线使用可见光。该项新技术具备高精度、快速和经济的3D打印材料能力，并在牙科和医学等多个领域展现出广泛的应用前景。

△三重聚变融合工艺具备高精度、快速和经济的3D打印能力

据该大学的化学助理教授兼通讯作者Zak Page介绍，“光驱动3D打印相较于其它增材制造方法（如长丝式打印）更为快速、精确。”他指出，新工艺进一步提升了光驱动3D打印的精度，并使其更易于使用和高效，为各种可能性敞开了大门。

△光系统组件和光引发机制

技术背景

光聚合是一种技术，通过使用光照射液体树脂，使其在短时间内迅速固化，从而实现各种制造应用。这项技术广泛应用于现代微电子制造、牙科和医疗行业中的新兴增材制造技术，比如3D打印。

具体来说，大桶的光聚合是一种形式，其中液体树脂在光照射下会迅速固化，这使得构建速率成为任何3D打印技术中最高的。光聚合技术还带来了精确的空间和时间控制，提高了打印的保真度，也就是特征分辨率。

尽管取得了显著的成就，但光驱动的3D打印仍然面临一些挑战。其中包括对高能光子（紫外线）和/或高曝光强度的依赖，需要特殊的印刷条件，以及由于一些技术限制而导致的成本较高。这些问题限制了技术的普及，同时也存在一些与光降解、光毒性以及紫外线穿透深度相关的问题。

△有关这一突破性技术的详细信息已发表在ACS Central Science杂志上的一篇论文中，题目为“环境条件下的三重上转换实现了数字光处理3D打印技术”

三重聚变融合工艺

这一突破性研究的关键在于采用了一种称为“三重聚变融合”的化学过程。通过这一过程，使用特殊的化学结构，可以将低能量、长波长的光（如绿光）转换为更短、更高能量波长的光（如紫光）。Page及其同事之前曾成功创建了一种直接使用低能量可见光进行3D打印的工艺，而这项新的三重聚变融合工艺将提高打印结构的空间精度，并表现出增强的树脂稳定性，有望推动商业化进程。

研究人员认为，这一创新工艺将广泛应用于医学、机器人和电子产品的工程材料领域，这些材料需要与脆弱的人体组织连接，从而改善关节置换、假肢和植入物等医疗应用。

化学副教授兼共同通讯作者Sean Roberts表示，“这也拓展了我们可以创造的复合材料的种类。目前，复合材料在3D打印中受到限制，因为它们容易散射紫外线。较长波长的光不易散射，通常可以更深地穿透材料。这使得印刷工艺更加灵活，我们可以创造出更坚固、更灵活或更耐用的产品。”

该论文的作者还包括德克萨斯大学奥斯汀分校的Connor J. O’Dea、Jussi Isokuortii和Emma E. Comer。此项研究得到了美国国家科学基金会、Robert A. Welch基金会和科学进步研究公司的资助。