3D打印作为一种新兴的快速成型技术，受到了诸多领域的青睐。其中，高精度和高效率的光固化3D打印更是引起了广泛的关注，然而受限于光固化3D打印中快速的液固转变，所用树脂多为双官能或多官能单体，因而制件多为热固性聚合物，损坏后难以回收利用，会造成资源浪费和环境污染。打印制件若能恢复到液体树脂状态并再次打印将有助于实现树脂材料的高效循环利用，然而现有的动态聚合物大多只能依靠加热或溶剂进行再加工，难以应用到光固化3D打印中。

近日，中科院研究所赵宁/徐坚研究员课题组以单官能树脂作为单体开发了光固化3D打印用热塑性聚合物，并利用热塑性聚合物溶解于其单体这一特性实现了树脂材料的回收与反复打印，同时利用制件的热塑性实现了打印制件的再变形、焊接和可回收复合材料的制备，可以有效提高打印效率，并实现了功能性填料的循环使用。这项工作以“Reprintable Polymers for Digital Light Processing 3D Printing”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

研究人员首先将单官能树脂（丙烯酸异冰片酯，IBOA）通过光固化3D打印制得复杂结构制件，所得制件由热塑性聚合物组成。随后将其置于过量的单体中，通过加热溶解得到均匀透明的回收溶液，将回收溶液采用相同的光固化3D打印过程可获得新的打印结构，这一过程实现了树脂材料的循环利用。

图1. 可循环光固化3D打印

回收树脂溶液是均质透明的，证明了聚合物在单体中的良好溶解性。聚合物的添加使树脂粘度有所升高，约90mPa·s的粘度仍低于大部分市售光敏树脂的粘度，回收溶液与原始单体均有着光照下快速的聚合速率，满足光固化3D打印的要求。固化后，原始与回收样品有着良好的透明性和相似的分子量。同时还研究了温度对溶解速度的影响，室温下较低的溶解速度保证了室温下光固化3D打印过程，而高温下较快的溶解速度则有助于树脂材料的快速回收。

图2. 光固化3D打印影响因素

原始树脂和回收树脂溶液均表现出了很好的打印性，可以打印出多种复杂结构，打印精度也基本保持一致，同时回收材料的热机械性能、耐热性能、力学性能等也都保持不变。即便是经过三次回收后，材料的力学性能仍能保持在90%以上。

图3.制件的打印与性能

3D打印发展下去就是“4D”打印？什么是4D打印呢？

3D打印继续发展下去就是4D打印了。它采用了相同的制造技术，但4D打印有一种新的特性。那就是随着时间的变化而变形，另外也可以响应环境的变化（例如湿度和温度），它们有时也被称为主动变形系统。 麻省理工学院的科学家成功地利用3D打印技术创建了一种特殊的

打印制件的热塑性使其具有良好的再加工性。研究人员通过加热或外加溶剂可将两个制件焊接在一起，焊接制件可承受自身多倍的重量，同时将打印的平面图案进行变形和焊接，构筑了三维复杂结构，无需逐层打印过程，可以显著提高打印效率。研究人员还制备了可回收的聚合物复合材料，树脂回收前后都显示出了良好的打印性，功能填料在使用后可被分离出来，实现其高效利用。

图4. 制件的再加工与可回收复合材料

小结：研究人员利用热塑性聚合物溶解于其单体这一特性实现了可循环光固化3D打印，并展示了其多种可能应用，有望解决传统光固化3D打印热固性材料带来的资源浪费和环境污染等问题。同时，研究人员还指出开发无需外加单体和溶剂便能实现液固可逆转变的光敏树脂材料将有助于实现更进一步的可循环光固化3D打印。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202007173

来源：高分子科学前沿

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