第一作者: Thiago O. Machado, Connor J. Stubbs
通讯作者: Joshua C. Worch, Andrew P. Dove
通讯单位: 伯明翰大学
论文速览
通过槽式光聚合的方式制造光敏聚合物树脂，可以快速制造定制的3D打印部件。制造方法的不断进步改善了分辨率和制造速度，然而自20世纪80年代初以来，工艺设计和树脂技术开始停滞不前。液体树脂配方由含(甲)丙烯酸和环氧的活性单体和/或低聚物组成，在光引发剂存在的情况下，经光刺激迅速光聚合，形成交联聚合物网络。
这些树脂成分大多来自石油原料，虽然近期通过可再生生物质的衍生化以及引入可水解降解的键取得了进展，但是最终材料还是像传统的交联橡胶和热固性塑料一样，限制了打印部件的可回收性。目前，还没有现有的光敏聚合物树脂可以被解聚并在一个循环的闭环路径中直接重复使用。
本论文介绍了全新的光敏聚合物树脂平台，该树脂完全由可再生的硫辛酸衍生物构成，能够通过3D打印技术制造出高分辨率的部件，还能以循环方式有效解构并再次打印。
这种树脂技术解决了以往使用内部动态共价键方法回收和重印3D打印光聚合物时的低效率问题，通过将传统的(甲)丙烯酸替换为硫辛酸中的动态循环二硫键来实现。该树脂平台具有高度的模块化特性，可以通过调节组成和网络结构来获得具有不同热力学和机械性能的打印材料，在性能上与多种商业丙烯酸树脂相当。
图2：MenLp1–IsoLp2 (30:70 wt%)树脂的3D打印和解聚过程。
图4：EtLp1–GlyLp3 (31:69 wt%)树脂的循环DLP打印。
本研究的亮点在于开发了完全基于可再生资源的光敏聚合物树脂，该树脂不仅能够3D打印成高分辨率的部件，还能通过化学解聚高效回收再利用，实现了闭环循环。
与传统的石油基树脂相比，这种基于硫辛酸的树脂在热力学和机械性能上具有可调性，且具有更好的环境友好性和安全性。研究还展示了通过改变单体比例和使用不同的可再生酒精来合成一系列单体硫辛酸，从而获得具有不同性能的材料。
此外，研究还探索了通过非共价相互作用如金属配位策略、立体化学效应或氢键基团来增强网络，进一步提高了树脂的机械性能。这些发现为增材制造领域提供了可持续和环保的解决方案，有望推动3D打印材料的绿色发展。
标题: A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing
DOI: 10.1038/s41586-024-07399-9
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