化(hua)学家们用LED光改(gai)变3D打(da)印(yin)对(dui)象结构
2023-11-03
近(jin)日(ri)，麻(ma)省理工(gong)学院的化(hua)学家们(men)开(kai)发(fa)了(le)一(yi)种新(xin)的(de)3D打印(yin)技术，允(yun)许(xu)改(gai)变打(da)印(yin)对象(xiang)的(de)化学(xue)结构和多个3D打(da)印对象的化(hua)学连(lian)接。据悉，该技术(shu)可以大(da)大扩展(zhan)使(shi)用(yong)3D打(da)印创建(jian)的对象的(de)复杂(za)性(xing)。
3D打印是一(yi)种令人(ren)难(nan)以置信(xin)的制造技(ji)术(shu)，能够(gou)从(cong)许多(duo)种材(cai)料中创造许(xu)多(duo)东(dong)西(xi)。但(dan)是(shi)技术还有局限(xian)性(xing)：一(yi)方面，3D打(da)印(yin)对象总(zong)体上(shang)是(shi)不可(ke)改变的。它(ta)们可(ke)以进(jin)行(xing)后处理、打(da)磨(mo)，甚至(zhi)加(jia)工成(cheng)更小(xiao)的形(xing)状(zhuang)，但是3D打(da)印聚(ju)合物物(wu)体(ti)的化(hua)学结(jie)构则是固(gu)定(ding)不(bu)变的(de)。但(dan)现(xian)在(zai)，麻省(sheng)理工学院的(de)一组化学(xue)专(zhuan)家(jia)们已经开发出(chu)用于改(gai)变3D打(da)印(yin)物(wu)体化(hua)学(xue)结构(gou)的(de)新技(ji)术，其(qi)化(hua)学成(cheng)分(fen)可(ke)以在(zai)打(da)印(yin)后改变(bian)，该(gai)技(ji)术(shu)还允许(xu)多(duo)个(ge)3D打(da)印(yin)对象(xiang)融合(he)在(zai)一起。
现(xian)在(zai)，麻(ma)省理(li)工学院的团队(dui)在(zai)最(zui)近(jin)的ACS中(zhong)央(yang)科学(xue)期刊(kan)上发(fa)表了他(ta)们的(de)研究成(cheng)果(guo)。 Jeremiah Johnson是(shi)麻(ma)省理(li)工学(xue)院(yuan)化学专业的Firmenich职业(ye)发(fa)展(zhan)副(fu)教授(shou)，也(ye)是研究论(lun)文的(de)高(gao)级(ji)作(zuo)者，他向(xiang)MIT工作人(ren)员解释如(ru)何使(shi)用(yong)这种(zhong)新(xin)技术(shu)来(lai)增(zeng)加(jia)3D打(da)印(yin)对(dui)象的复杂性(xing)。“这个(ge)想(xiang)法(fa)是(shi)，你可以(yi)打(da)印一个(ge)材(cai)料，然(ran)后采(cai)取这(zhe)种(zhong)材(cai)料(liao)，使(shi)用(yong)光将材料变成别的(de)东(dong)西(xi)，或(huo)进(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)长材料(liao)，”他(ta)说(shuo)道(dao)。
立(li)体(ti)光(guang)刻技术(shu)，3D Systems公(gong)司率(lv)先(xian)采用(yong)的(de)液(ye)态树(shu)脂3D打(da)印(yin)技术，以及(ji)Formlabs等公(gong)司(si)推(tui)广的液(ye)体树(shu)脂3D打印(yin)技术是(shi)3D打(da)印(yin)技(ji)术(shu)普(pu)通(tong)用(yong)户更为准确的工艺(yi)之(zhi)一。立(li)体光(guang)刻3D打(da)印(yin)机将一(yi)系列明亮(liang)的(de)投影(ying)照(zhao)射(she)到一(yi)桶液(ye)体(ti)树脂(zhi)上(shang)，该液体树脂(zhi)响(xiang)应(ying)于光(guang)而固(gu)化（硬(ying)化），逐层地(di)形(xing)成固(gu)体物体(ti)。通(tong)过采(cai)用立(li)体(ti)光刻(ke)并(bing)将其与(yu)称为“活(huo)性(xing)聚(ju)合(he)”的技(ji)术(shu)相结合(he)，Johnson及(ji)其团队(dui)已经能(neng)够创(chuang)建3D打(da)印材料，可以(yi)让其(qi)生(sheng)长停(ting)止(zhi)，然后(hou)在稍后的(de)时间(jian)点(dian)重(zhong)新开始(shi)。
早(zao)在2013年(nian)，麻(ma)省(sheng)理工学(xue)院(yuan)的研(yan)究(jiu)人员(yuan)发现，通过使用(yong)紫(zi)外线，他(ta)们可以打破(po)3D打印(yin)结(jie)构的聚(ju)合物(wu)，创(chuang)建被(bei)称为(wei)“自由(you)基”的(de)反(fan)应分(fen)子(zi)。自由基然(ran)后(hou)可以(yi)绑定到周(zhou)围(wei)新(xin)单体(ti)，将(jiang)它(ta)们(men)并入原(yuan)始(shi)材(cai)料中(zhong)。Johnson说：“这里的优势是你可以打(da)开(kai)灯，它们成(cheng)长，你(ni)把灯关(guan)掉(diao)，它们停止。原(yuan)则(ze)上(shang)，你可(ke)以无(wu)限期(qi)地重(zhong)复(fu)，它(ta)们可以(yi)继续(xu)成(cheng)长。”
不(bu)幸(xing)的是(shi)，试(shi)图控制(zhi)自(zi)由基(ji)被(bei)证明是非(fei)常困(kun)难(nan)的(de)，对3D打(da)印材料(liao)施(shi)加过(guo)度的损伤。但(dan)麻省理(li)工(gong)学院的化学(xue)专家们(men)想(xiang)出了另一个(ge)方法：来自LED的(de)蓝色(se)光(guang)。如用于(yu)3D打印的(de)聚(ju)合物(wu)包含化(hua)学(xue)基团(tuan)TTC，其(qi)可以(yi)通(tong)过由光打(da)开的有机催化剂(ji)活(huo)化。当(dang)受到(dao)来自LED的蓝光时(shi)，这(zhe)些(xie)TTC随(sui)着(zhe)新单(dan)体附(fu)着而(er)伸(shen)展(zhan)。由(you)于(yu)这(zhe)些(xie)单体(ti)均匀地加(jia)入，它们(men)为材料(liao)提(ti)供了新(xin)的(de)性能(neng)。“我们(men)可(ke)以采(cai)取(qu)宏(hong)观(guan)材料(liao)，并按(an)我(wo)们(men)想要(yao)的方式成长(zhang)，”Johnson说。
通过(guo)使(shi)用LED光(guang)技术，麻省(sheng)理(li)工(gong)学(xue)院(yuan)的研究(jiu)人(ren)员发(fa)现，他们(men)可(ke)以(yi)改(gai)变3D打印(yin)对(dui)象(xiang)结(jie)构(gou)的各(ge)种(zhong)属性，包括它们(men)的刚(gang)度和疏(shu)水性（它(ta)们(men)排斥(chi)或吸收水(shui)的程度）。通(tong)过添加(jia)某(mou)种类型的单(dan)体，化(hua)学家也能(neng)够使(shi)材(cai)料(liao)响应于温(wen)度膨(peng)胀(zhang)或收(shou)缩。除此(ci)之(zhi)外，他(ta)们能(neng)够(gou)通过在互连(lian)区域(yu)上(shang)照(zhao)射(she)光(guang)来熔(rong)化两个(ge)3D打(da)印(yin)物体(ti)。研究(jiu)人(ren)员(yuan)说(shuo)，“这(zhe)个特定(ding)的(de)过(guo)程可(ke)以(yi)用来(lai)创造(zao)巨大(da)的(de)、化(hua)学(xue)稳定(ding)的3D打(da)印(yin)结(jie)构，并拥(yong)有前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的复(fu)杂性(xing)。”
现在，研(yan)究(jiu)人员面(mian)临(lin)的(de)一(yi)个障(zhang)碍是(shi)将(jiang)实(shi)验的环(huan)境保(bao)持(chi)为无(wu)氧(yang)，因(yin)为(wei)在该(gai)过(guo)程(cheng)中使(shi)用(yong)的(de)有(you)机(ji)催化剂在(zai)氧存在(zai)下不能起(qi)作(zuo)用(yong)。然而，该组(zu)测(ce)试可(ke)在(zai)有(you)氧(yang)环(huan)境(jing)下催(cui)化类似聚合的(de)其它(ta)催化剂(ji)。
通过(guo)合并聚(ju)合物(wu)科(ke)学和材(cai)料科学(xue)领域(yu)，麻省(sheng)理工(gong)学院的研(yan)究人员(yuan)为高级(ji)3D打(da)印打(da)开(kai)了(le)几个令人兴奋的(de)机会。
