微量樹(shù)脂打印系統(tǒng)—解決新材料開(kāi)發(fā)階段的難題

很多進(jìn)行新材料研發(fā)及相應(yīng)創(chuàng)新應(yīng)用研究的用戶，使用的打印材料配制難度大且昂貴，或需進(jìn)行材料快速篩選時(shí)，可提供的打印材料量很少（通常只有幾十毫升），例如生物醫(yī)療材料（如GelMA每克需幾百元）、水凝膠、新型功能材料等。對(duì)于這類材料的3D打印，通常情況下打印設(shè)備配置的標(biāo)準(zhǔn)材料容器相對(duì)而言容積過(guò)大，用戶能夠提供的材料由于量少而無(wú)法實(shí)現(xiàn)打印，或者為了匹配打印設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)材料容器，增加材料配制量而帶來(lái)巨大的成本和材料浪費(fèi)。

承裝液態(tài)光敏材料的樹(shù)脂槽是PμSL 3D打印系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。通常地，對(duì)于面投影光固化打印，特別是自上而下投影方式，樹(shù)脂槽容量與打印尺寸成正比，即打印系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的最大成型尺寸越大，相應(yīng)配置的樹(shù)脂槽容量也越大，因此，打印時(shí)所需的材料也越多。如摩方公司的10 μm光學(xué)分辨率的3D打印系統(tǒng)S140，最大打印樣品尺寸為94 mm × 52 mm × 45 mm，系統(tǒng)標(biāo)配的樹(shù)脂槽容量為800 ml。

圖1 摩方公司S140標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂槽規(guī)格

基于稀貴材料的特殊打印需求，摩方公司自主研發(fā)出容量20 ml的微量樹(shù)脂槽系統(tǒng)，以滿足這一材料的打印及相應(yīng)研究，如圖2所示為20 ml樹(shù)脂槽系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了匹配設(shè)備原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并簡(jiǎn)化樹(shù)脂槽更換程序，微量樹(shù)脂槽直接配置于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂槽中，安裝更換便捷。同時(shí)，配備相應(yīng)的打印平臺(tái)和打印離型膜，以實(shí)現(xiàn)稀貴材料的特殊打印。這一微量樹(shù)脂槽系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)10 mm × 10 mm × 10 mm的最大打印尺寸。

圖2 摩方公司S140 20ml樹(shù)脂槽系統(tǒng)

圖3 摩方公司S140800 ml標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂槽和20ml微量樹(shù)脂槽實(shí)物對(duì)比

利用上述20 ml樹(shù)脂槽系統(tǒng)，摩方公司做了系列新材料的3D打印及應(yīng)用研究。如圖3所示是使用該微量樹(shù)脂槽打印的微彈簧陣列結(jié)構(gòu)，所用材料為磁性顆粒復(fù)合樹(shù)脂（單價(jià)約10元/mg），材料配比5%質(zhì)量比，打印彈簧線徑約100 μm。

圖3 磁性顆粒復(fù)合樹(shù)脂打印

在實(shí)現(xiàn)設(shè)備最大打印尺寸的標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂槽基礎(chǔ)上，新增適用于稀貴新型材料打印的微量樹(shù)脂槽，解決了初期材料開(kāi)發(fā)量少、材料浪費(fèi)、成本高、材料篩選周期長(zhǎng)等難題，可有效促進(jìn)新材料的開(kāi)發(fā)及相關(guān)應(yīng)用研究。