伯明翰大學研究人員為3D打印開發可回收樹脂
時間：2024-05-18 09:59 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年5月17日，伯明翰大學的研究人員開發出一種新型可回收樹脂，由生物原料制成，可用于3D打印應用。在發表于《自然》（Nature）的一項研究中，研究人員表明，高分辨率的3D打印結構完全可以用生物原料制造。一旦達到使用壽命，這些產品就可以在一個幾乎完全閉環的系統中回收利用。
技術研發背景
光聚合物樹脂通常用于制造定制的3D打印部件。然而，雖然提高3D打印分辨率和制造速度的技術已經取得了長足的進步，但樹脂本身自20世紀80年代該工藝首次出現以來卻變化甚微。
伯明翰大學化學系的Andrew Dove教授說：我們的方法是擺脫依賴石油化工產品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產品無法有效回收利用。雖然我們仍需改進新型樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發展途徑。”
通常情況下，樹脂的生產過程中使用了石化原料。雖然在使用從生物質中提取的更具可持續性的樹脂方面取得了一些進展，但這些樹脂的可回收性仍然有限，因為它們依賴于樹脂硬化時產生的不可逆鍵。為了打破這些鍵，必須在每個階段添加額外的化學品，從而產生滾雪球效應，即回收材料的唯一方法就是制造更多的材料。
高分辨率3D打印結構用完全生物原料制造
與此相反，伯明翰領導的研究小組首次成功生產出一種光聚合物樹脂，這種樹脂可以高分辨率打印，但隨后又可以分解成各個組成部分，回收再打印，只需添加少量光引發劑即可保持材料的可固化特性。
首席研究員Andrew Dove教授說：“我們的方法是擺脫依賴石油化工產品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產品無法有效回收利用。雖然我們仍需改進新樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發展途徑。”
該工藝的原料由硫辛酸制成，硫辛酸是一種天然脂肪酸分子，通常作為膳食補充劑出售。研究小組用硫辛酸制成了兩種單體的組合，并從中制成了一種樹脂，這種樹脂既可以回收到單體中，也可以直接回收到原始分子中。
在這項研究中，研究人員完成了兩次材料回收，但預計還可能進行更多的回收。
這種材料的用途可能包括在大規模生產前使用快速原型測試產品的行業。雖然這種材料目前比工業中常用的材料更靈活，但未來的應用可能包括汽車部件、醫療和牙科部件，甚至珠寶設計。
聯合首席研究員助理教授Josh Worch說：“在以光為媒介的3D打印行業中實現回收利用至關重要，因為這是一種快速發展的材料生產方法。我們現在有希望利用我們的技術，幫助確保回收利用成為3D打印的內在特征。”
伯明翰大學企業部已就樹脂及其在3D打印中的應用提交了專利申請。
技術研發背景
光聚合物樹脂通常用于制造定制的3D打印部件。然而，雖然提高3D打印分辨率和制造速度的技術已經取得了長足的進步，但樹脂本身自20世紀80年代該工藝首次出現以來卻變化甚微。
伯明翰大學化學系的Andrew Dove教授說：我們的方法是擺脫依賴石油化工產品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產品無法有效回收利用。雖然我們仍需改進新型樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發展途徑。”
通常情況下，樹脂的生產過程中使用了石化原料。雖然在使用從生物質中提取的更具可持續性的樹脂方面取得了一些進展，但這些樹脂的可回收性仍然有限，因為它們依賴于樹脂硬化時產生的不可逆鍵。為了打破這些鍵，必須在每個階段添加額外的化學品，從而產生滾雪球效應，即回收材料的唯一方法就是制造更多的材料。
△伯明翰大學提出了一種實現動態二硫鍵聚合-解聚循環的方法，該方法能夠創建適合閉環化學回收的可再生來源樹脂
高分辨率3D打印結構用完全生物原料制造
與此相反，伯明翰領導的研究小組首次成功生產出一種光聚合物樹脂，這種樹脂可以高分辨率打印，但隨后又可以分解成各個組成部分，回收再打印，只需添加少量光引發劑即可保持材料的可固化特性。
首席研究員Andrew Dove教授說：“我們的方法是擺脫依賴石油化工產品制成的可3D打印樹脂的重要一步，因為石油化工產品無法有效回收利用。雖然我們仍需改進新樹脂的性能，但這項研究開辟了令人興奮的新發展途徑。”
△測試原始樹脂和回收樹脂在不同條件下的比較分析。通過1H NMR光譜分析、SEC圖像、光流變學、Z深度固化篩選、打印精度以及3D打印部件的比較，研究人員對原始樹脂和回收樹脂的性能進行了全面的評估
該工藝的原料由硫辛酸制成，硫辛酸是一種天然脂肪酸分子，通常作為膳食補充劑出售。研究小組用硫辛酸制成了兩種單體的組合，并從中制成了一種樹脂，這種樹脂既可以回收到單體中，也可以直接回收到原始分子中。
△通過對幾種可再生硫辛酸樹脂進行后固化，獲得了這些樹脂的熱性能和機械性能的數據
在這項研究中，研究人員完成了兩次材料回收，但預計還可能進行更多的回收。
這種材料的用途可能包括在大規模生產前使用快速原型測試產品的行業。雖然這種材料目前比工業中常用的材料更靈活，但未來的應用可能包括汽車部件、醫療和牙科部件，甚至珠寶設計。
聯合首席研究員助理教授Josh Worch說：“在以光為媒介的3D打印行業中實現回收利用至關重要，因為這是一種快速發展的材料生產方法。我們現在有希望利用我們的技術，幫助確保回收利用成為3D打印的內在特征。”
伯明翰大學企業部已就樹脂及其在3D打印中的應用提交了專利申請。
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