南科大：离心式DLP 实现多树脂材料3D打印，具有卓越的应用潜力

当前主流的树脂3D打印工艺，如DLP、SLA等，通常只能成形单一材料。作为智能制造的一种手段，3D打印如能在一次成形过程中制造出多材料部件，无疑能够赋予其不同的属性和功能。3D打印技术参考注意到，2022年12月24日，南方科技大学葛锜副教授课题组在自然通讯杂志公布了一种采用离心式DLP实现多树脂材料3D打印的研究，本文接下来将介绍该工艺。

采用DLP 3D打印多材料无疑需要多个树脂槽，但打印基台从一种树脂更换至另一种树脂时，零件底部会残留上一种树脂。南科大所开发的离心式DLP，是在零件切换材料时，使用高速旋转实现上一种材料的无残留。借助这种方式，研究人员可以制造180×130mm的大体积异质3D结构，并能够对零件组成、属性和功能进行体素尺度的编程。该工艺可以打印水凝胶、弹性体、刚性聚合物甚至陶瓷，其在数字材料、软机器人和陶瓷设备制造领域具有卓越能力。

研究人员借助所开发的3D打印机及其程序，成功制造了大体积八位组桁架结构（155×108×57mm），其中白色和黑色单元在空间中交替排列。所开发的离心式3D打印系统能够在多材料切换过程中实现近乎零的材料污染，从而可以清晰打印白色和黑色单元。

它可以打印两种以上的材料，研究人员提出了一种由四种颜色组成的八位组桁架结构，其中白色、黑色、浅绿色和透明单元层从底部堆叠，四种颜色的单元交替放置在顶层。放大的图像证实了不同材料之间的过渡是清晰的，并且没有发现明显的材料污染。更重要的是，离心式3D打印系统适用于打印具有不同特性和功能的各种材料。

其展示了3D打印的血管系统，红色血管嵌入透明水凝胶基质中，随着时间的推移，血管中的红色“血液”逐渐扩散到基质中。

3D打印的开尔文泡沫结构，其中一个软聚合物层被两个硬聚合物层夹在中间。

3D打印的Miura折纸板，硬聚合物面板通过形状记忆聚合物铰链连接，允许将平面 Miura 折纸板编程为3D形状。

基于该系统，允许打印陶瓷和聚合物组成的异质3D结构。研究人员通过将陶瓷颗粒混合到丙烯酸酯树脂中来制备陶瓷树脂，丙烯酸酯树脂在3D打印过程中转化为固体陶瓷生坯，可以与丙烯酸酯弹性体部件形成牢固的界面结合。利用陶瓷生坯和弹性体之间的强界面结合，研究人员打印具有悬垂部分的复杂陶瓷结构。研究人员还制造了一个叶轮，使用打印的陶瓷轴承连接金属轴和叶轮。由于陶瓷轴承的低摩擦力，叶轮可以高速旋转。高耐热性使陶瓷轴承能够在650 °C下工作，其低导热性可防止轴过热。

就原理而言，研究人员采用下曝光DLP 3D打印系统，在打印平台和UV投影仪之间，有一个玻璃板，支撑两个或多个聚合物树脂容器并水平移动来输送相应切片所需的树脂。为去除多材料切换期间粘附在打印部件上的残留树脂，研究团队添加了一个旋转电机来旋转打印平台，同时配备了残余树脂接收平台。以打印两种材料的八位组桁架为例，零件从黑色树脂中抬起后，可以清楚的看到黑色残留树脂粘附在打印部分上。此时零件被抬起，残余树脂接收平台运动至打印平台处，旋转电机带动打印平台旋转，去除残留树脂，之后继续打印完成白色部分。

总的来说，南科大的研究人员展示了一种基于DLP的多材料3D打印方法，它不仅可以将多种树脂材料集成为功能部件，还能够制造功能性陶瓷部件，具有卓越的应用潜力。