多材料多色树脂3D打印的新工艺

爱丁堡赫瑞瓦特大学的科学家开发了一种新方法，利用近红外 (NIR) 光来3D打印具有多种材料和颜色的复杂结构。Jose Marques-Hueso 博士领导了赫瑞瓦特传感器、信号与系统研究所的这项研究。

该团队修改了广泛使用的立体光刻 (SLA) 3D 打印工艺，以实现更大的多材料集成。

传统的 SLA 3D打印将蓝色或紫外激光应用于液态树脂，选择性地逐层固化。然而，该过程缺乏材料混合能力。通过这一新工艺，科学家们采用了近红外光源，能够在更深处将3D打印到树脂桶中。科学家们声称，这种新颖的工艺为3D打印专业零件提供了巨大的潜力，特别是在健康和电子领域。

这并不是第一个实现多材料3D打印的3D打印工艺。事实上，熔融沉积 (FDM) 长期以来一直提供多种材料3D打印的功能。然而，科学家们声称他们的新方法可以以更高的分辨率生产多材料零件。

Heriot-Watt大学的Adilet Zhakeyev博士已经在该项目上工作了近三年，他说:“熔融沉积建模(FDM)技术已经能够混合材料，但FDM的分辨率很低，层是可见的，而基于光的技术，如立体光刻，可以提供分辨率在5微米以下的光滑样品。”

该项目名为“通过发光激发进行交联的多材料立体光刻”，已从工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 获得了 28 万英镑的资助。该团队的研究结果发表在《今日应用材料》杂志上。

新的近红外3D打印工艺

该方法的创新之处在于使用 NIR 隐形窗材料在超过 5 厘米的深度进行3D打印，比传统 SLA 技术的 0.1 毫米深度限制大幅增加。Marques-Hueso 博士声称这种方法“以前从未有人做过”。

这种新工艺的一个主要好处是，它允许用户使用一种材料3D打印零件，然后添加第二种材料。这种第二种材料不限于3D打印部件的顶部和外表面，并且可以在3D空间中的任何位置固化。这是因为近红外激光可以穿透初始部件的外层。

“例如，我们可以打印一个中空的立方体，它的四面都是密封的。我们可以稍后回来，在这个盒子里打印一个由完全不同的材料制成的物体，因为近红外激光会穿透之前的材料，就好像它是看不见的一样，因为事实上，它在近红外下是完全透明的。”

根据研究人员的说法，该项目的一个关键组成部分是开发含有具有光学上转换的纳米颗粒的工程树脂。这些纳米粒子吸收近红外光子，将其转化为蓝色光子，从而使树脂凝固。

这种现象是“非线性的”，这意味着它可以在激光聚焦处获得蓝色光子，而不是在穿过它的路上。这使得近红外能够穿透材料的深处，就好像它是透明的一样，只是固化了内部的材料。

最终，这种新工艺允许在同一样品中3D打印具有不同属性的多种材料。例如，柔性弹性体和刚性丙烯酸树脂可以一起3D打印。科学家们指出了这种方法的多种应用，包括腔内3D打印、鞋子生产、破损物体的修复以及通过皮肤进行原位生物打印。

这一过程也因其可负担性而引人注目。“这项技术的一个明显优势是，整个机器的制造成本不到400英镑。其他一些使用激光的先进技术，如双光子聚合(2PP)，需要数万英镑的昂贵超快激光器，但这不是我们的情况，因为我们的专业材料允许使用廉价的激光器，”Marques-Hueso博士说。“

现在我们有了结果来支持我们的主张，我们希望与企业合作，进一步开发这项技术，”Marques-Hueso博士补充道。