日本科學家開發可回收樹脂實現高精度 3D 列印多次重用

日本科學家研發出一種可回收樹脂，適用於高精度 3D 列印，該樹脂可多次熔化和重用，且不會造成重大性能損失。來自橫濱國立大學的團隊表示，這種材料有助於解決光固化技術中的一個主要問題，該技術利用紫外光將液態樹脂硬化為詳細結構。大多數在光固化中使用的樹脂在列印後會永久硬化，這使得其回收變得困難或不可能。研究人員指出，他們的新樹脂在加熱後能夠回到原始的液態狀態，從而可以用於未來的列印。

該團隊在單光子微光固化和雙光子光刻系統中對材料進行了測試，這些技術用於製造高精度的微觀結構。橫濱國立大學教授丸尾翔治表示：「光固化的 3D 模型無法回收，因此人們擔心丟棄 3D 列印樹脂部件對環境的負面影響。」根據研究人員的説法，以前提出的可回收樹脂通常需要化學添加劑，或者在僅經過幾次回收後性能下降。為瞭解決這一問題，團隊轉向了已知能進行可逆光驅反應的化合物蒽。

新型可回收樹脂在光固化技術中的應用前景

蒽在光照下會通過名為光二聚化的過程形成交聯結構，加熱則可逆轉反應，使材料回到其原始形態。研究人員利用含蒽化合物製造了一種不需要光引發劑的樹脂，光引發劑是 UV 基 3D 列印系統中通常需要的化學物質。丸尾表示：「以往報導的可回收樹脂依賴光引發劑，而本研究中的樹脂則通過逐步聚合而無需引發劑。」團隊表示，去除引發劑簡化了樹脂的成分，並在回收過程中減少了來自添加劑的污染。

為了測試這種樹脂，研究人員使用激光掃描系統列印微觀結構。在一個示範中，他們利用雙光子光刻技術創造了一個蝴蝶形狀的模型，並發現其列印質量與傳統材料相當。橫濱國立大學特任助理教授向井勝表示：「這些結果證明可回收樹脂可以用激光掃描精確地製作成任意形狀，確認其適用於雙光子光刻。」研究人員還通過加熱和重用相同材料，重複列印了字母「YNU」，並經過 10 次列印循環。

在另一個測試中，他們將列印的立方體轉變為圓盤形狀，將原始結構加熱至 150 度 Celsius 經過 15 分鐘。團隊報告指出，相較於早期的可回收光固化材料，重複重用過程中的材料降解相對較小。向井表示：「蒽的可逆光二聚化為基於光的 3D 列印提供了一條實用的可回收材料路徑。」研究人員表示，下一步將是將樹脂調整為適用於更大規模的 3D 列印系統，同時改善材料的長期穩定性。

這項研究發表於《ACS Omega》期刊。