不浪费一滴材料，宋延林课题组实现单液滴连续3D打印！

ivvi

2020-09-21

第一作者：Yu Zhang, ZhiChao Dong

通讯作者：宋延林、吴磊

通讯单位：中科院化学所

3D打印技术可以实现计算机辅助设计到复杂的3D实体之间的跨越，同时在打印过程中也无需使用常规制造所需的模具或光刻掩模。由于其具有众多的优势，目前已被广泛应用于诸多领域，已然成为构建精细3D结构最有潜力的方法之一。然而，在整个3D打印过程中，其精度和材料的利用效率仍然受到了极大的限制。

主要问题在于：

1）材料浪费：未固化的树脂需要在印刷过程之前过量地覆盖整个容器，这不仅增加了树脂成本，而且导致树脂浪费。

2）分辨率受限：由于UV树脂放热，因此对于连续印刷工艺20尤其是对于需要高UV强度的高速印刷而言，散热是不够的。伴随着固化结构表面上残留的树脂，以及在包括UV投影仪的余辉在内的激发光下对树脂的连续照射，会发生额外的固化或打印不稳定性，从而降低3D打印分辨率。

从界面的角度来看，基材的化学成分和表面粗糙度极大地影响了三相接触线（TCL）的动力学。通过对大自然中荷花和捕虫笼表面的观察发现，滞留在表面上的空气或液体会大大降低基材上的界面附着力，从而导致液滴的球形接触方式或液体接触此类表面的滑移现象。

受此启发，中科院化学所宋延林、吴磊等人提出了一种基于树脂液滴三相接触线流动特性的单液滴3D打印策略来制造可控的三维结构。

图1. 单液滴3D打印流程图和实际照片

更高的材料利用率。

研究人员采用了既具有低液态树脂粘合性又具有低固化树脂粘合性的固化界面，使3D打印过程具有缩回TCL。在3D打印过程中有效地减少了残留树脂的量，并且显著提高了树脂的利用效率。

更高的打印效率和精读。

通过引入缩回TCL，液滴系统的自由接触表面特性会增加内部液滴的液体循环并降低液态树脂，固化树脂和树脂桶之间的粘附性，防止了在高打印速度下需要高紫外线强度的额外固化，最终提高3D打印效率和精度。

总之，这项研究为3D打印提供了全新的解决方案，将为3D打印在清洁化生产、节约成本以及提高精准度方面带来新的借鉴。

参考文献：

Zhang, Y., Dong, Z., Li, C. et al. Continuous 3D printing from one single droplet. Nat Commun 11, 4685 (2020).

DOI: 10.1038/s41467-020-18518-1

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18518-1