英国研究人员为环保型3D打印开发可回收树脂

近日，英国伯明翰大学的研究人员利用生物来源材料制造出了一种光聚合物树脂，这种树脂的打印分辨率很高，且可以回收再打印。他们在《自然》杂志上发表的研究成果，使得3D打印向更环保的方向迈进了一步。

变革的必要性
3D打印中广泛使用的传统光聚合物树脂来自石化产品。这些树脂通常由环氧树脂或丙烯酸树脂制成，遇光硬化，形成持久的结构。然而，这种材料的缺点也十分明显，那就是消耗了化石燃料以及在可回收性方面的不足。这些材料一旦硬化就会形成不可逆的粘结，如果不添加更多化学物质，就很难将其分解。研究人员解释了这一过程如何经常导致“滚雪球效应”，即回收树脂会产生更多材料，从而加剧对环境的影响。

生物资源树脂的化学成分

为了消除这种影响，伯明翰团队创造了一种既能保持高打印质量，又能完全回收利用的树脂。根据他们“用于增材制造的可再生循环型光聚合物树脂”的研究，这种从硫辛酸（一种天然脂肪酸）中提取的新型树脂，可以分解成原始成分并重新打印。

在初始打印过程中，会使用少量光引发剂（一种有助于树脂在光照下硬化的化合物）来保持树脂的固化特性。这使得该工艺几乎可以自我维持，因为只需添加少量光引发剂，树脂就能被反复分解并重新打印，从而减少了对新材料的需求并最大限度减少浪费。总之，这种新材料有助于创建一个几乎闭环的系统，而这正是3D打印行业为减少浪费和环境影响而一直努力的方向。

该研究的首席研究员兼资深作者Andrew Dove教授指出：“我们的方法是摆脱依赖化石原料制成3D打印树脂的重要一步，因为之前的树脂材料无法有效回收利用。虽然我们还有待改进，但这项研究开辟了令人兴奋的新发展途径。”

实际应用
研究人员使用大桶光聚合法对树脂进行了测试，以创建高分辨率的定制3D打印部件。他们使用的是MiiCraft生产的商用数字光处理（DLP）打印机MiiCraft Ultra 125。为了评估打印分辨率和精度，他们设计了一个带有方形阵列和桥接的矩形底座。他们能可靠打印的最小特征是100微米的墙壁，这显示了树脂在普通打印机上令人印象深刻的分辨率。

他们还成功打印了一个名为“3DBench”的复杂三维部件，这是一艘用来衡量3D打印机质量的小船。该模型具有悬空表面、桥梁和孔洞等具有挑战性的形状。这种高质量的打印是以每小时5.1毫米的构建速度实现的，测试表明，这种树脂可以处理精确而细致的打印任务，因此适用于多种高分辨率应用。

原始树脂与回收树脂的 "3DBenchy "3D打印部件比较

最后，研究小组使用玻璃载玻片和来自同一台打印机的光来测量树脂固化的深度。他们用千分尺测量了深度，并用特殊的成像工具检查了精度。该团队表示，他们成功多次打印和回收了小物件而不会降低质量，证明了这种工艺在减少行业浪费上具备的潜力。

这种新型树脂为各行各业带来了希望。例如，它可以在快速原型制造中发挥重要作用，即在大规模生产前对产品进行测试。虽然目前的材料比传统的工业树脂更具柔韧性，但潜在应用领域非常广泛。未来的用途可能包括汽车部件、医疗和牙科部件，甚至珠宝设计。

“在以光为媒介的3D打印行业中实现回收利用至关重要，因为这是一种快速发展的材料生产方法。凭借我们的技术，我们现在有希望帮助确保回收利用成为3D打印的一个内置功能。”资深作者兼主要研究员、助理教授Josh Worch说。

更广阔的视野
这一发展是3D打印可持续发展大趋势的一部分。其他公司和研究团队也在研究生物来源的可回收树脂。例如，Covestro和Arkema等公司一直在探索类似的技术。Covestro公司开发了一系列树脂，部分来源于可再生资源，而Arkema公司的N3xtDimension系列则包括一些生物基选择。虽然在可再生生物质方面取得了一些进展，但伯明翰团队的树脂材料成功地解决了完全可回收的难题。

"3DBenchy"，一种完全由生物质制成的3D打印复杂部件

伯明翰大学的商业化部门——伯明翰大学企业部，已经为这种树脂及其在3D打印中的应用申请了专利。这一步将为更可持续的3D打印铺平道路。伯明翰大学企业部支持研究创新，帮助将基于大学正在进行的工作的新技术和产品推向市场。研究团队相信，通过更多的研究，新开发的树脂可以达到各行各业对于硬度和耐用性的要求。虽然实现完全可持续3D打印的征程仍在继续，但伯明翰大学的新型树脂是一个里程碑，可能会激励该领域取得进一步的进步。