用光控制多材料3D打印

威斯康星大學麥迪遜分校開發(fā)的一種新型光學技術允許一次打印多種材料。使用多種材料的3D打印仍然是一個相當復雜的過程，但現(xiàn)在新的研究通過使用不同波長的光更容易。由威斯康星大學(UW)的科學家開發(fā)的一種新技術和3D打印機 - 麥迪遜使用可見光和紫外光的圖案來指導兩種單體中的哪一種聚合形成固體材料。

UW-Madison化學教授AJ Boydston說，這些不同的模式提供了創(chuàng)建由多種材料制成的零件所必需的空間控制，他與他的研究生Johanna Schwartz一起領導了這項研究。Atlantic Design&Manufacturing是東海岸領先的設計工程師貿(mào)易展，提供最新的3D打印，自動化和CAD / CAM軟件，包括FedEx，GE Appliances，Procter&Gamble以及其他數(shù)百種軟件。

“就像3D打印一樣令人驚訝，在許多情況下它只提供一種顏色來繪畫，”他說。“這個領域需要一個完整的調(diào)色板。”Boydston說，新工藝的應用可能包括創(chuàng)建個性化醫(yī)療設備，如假肢，或開發(fā)可用于培訓醫(yī)學生的模擬器官和組織。目前除了一些實驗技術外，大多數(shù)3D打印機一次只能生產(chǎn)由一種材料制成的零件。但是研究人員希望通過這項技術做更多的事情，即打印更復雜的物體，這也是他們探索如何同時使用多種材料進行打印的原因。

研究人員表示，Boydston和Schwartz的方法采用單缸，多組分方法 - 類似于化學家在合成分子時的一鍋法。他們的技術基于不同波長的光的能力來控制哪種起始材料聚合成固體產(chǎn)品的不同部分。

該過程中使用的材料最初是作為化學物質(zhì)，稱為單體，最終聚合成更長的一系列化學物質(zhì)，這就是塑料的制造方式。

自下而上的方法

“這是我們?nèi)绾慰紤]在一個物體中使用多種材料進行3D打印的方式，”Boydston解釋說。“從分子到網(wǎng)絡，這更像是一種自下而上的化學家的方法。”

為了開發(fā)他們的技術，該團隊創(chuàng)建了多個數(shù)字圖像，這些圖像在堆疊時可以生成3D設計。他們說，這些圖像控制是否使用紫外線或可見光來聚合起始材料。這就是他們?nèi)绾慰刂谱罱K材料及其性能，例如剛度。

在此過程中，研究人員同時將來自兩臺投影儀的光線導向一大桶液體起始材料，其中奇異層構建在平臺上。研究人員表示，在形成一層之后，物體從下向上逐層構建，光線構建下一層，然后等等。該團隊在Nature Communications雜志上發(fā)表了一篇關于他們工作的論文。

Boydston和Schwartz說，他們面臨的最大挑戰(zhàn)是優(yōu)化原料的化學性質(zhì)，因為他們必須考慮兩種單體在一個桶中的表現(xiàn)。

Boydston說，他們還必須確保兩種材料的固化時間相似，以便每層中的硬質(zhì)和軟質(zhì)材料在大約相同的時間內(nèi)完成干燥。他們說，一旦他們實現(xiàn)了這一目標，他們現(xiàn)在可以通過使用紫外線或可見光確切地決定每個單體在印刷物體內(nèi)固化的位置。

“在這個階段，我們只完成了將硬質(zhì)材料放在軟質(zhì)材料旁邊的一步，”Boydston說。“有許多不完善之處，但這些都是令人興奮的新挑戰(zhàn)。”

他補充說，接下來，該團隊的目標是解決這些不完善之處，并探索在這個過程中可以使用的其他材料組合和不同的光波長。研究人員還希望建立一個跨學科團隊，可以增加波長控制，多材料3D打印對未來應用的影響。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20多年的技術和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業(yè)記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。