能改变3D打印对象化学结构的“活增材制造”技术

天津大格

近日，麻省理工学院（MIT）的化学家们开发了一种新3D打印技术，该技术能改变一个3D打印对象的化学结构以及实现多个3D打印对象的化学融合。据他们说，该技术能大大增加3D打印对象的复杂度。

3D打印的局限之一是3D打印对象总体上是不可改变的，换句话说就是3D打印聚合物对象的化学结构是“死的”。令人兴奋的是，麻省理工化学专家新开发的的3D打印技术改变了这一现状，用该技术打印出的对象的化学结构是可以改变的，即使是在打印完成后。该技术还能让多个3D打印对象融合在一起。

1月13日，麻省理工团队的研究成果发表在了《ACS Central Science》上。“有了该技术，你可以先打印一种材料，然后用光将其变成别的东西或进一步增长它，”研究人员解释说。这大大增加了3D打印对象的复杂性。

立体光刻技术是一种更加精确的3D打印技术，通过将其与活性聚合技术结合起来，MIT团队可以让3D打印材料停止生长，然后再让其重新开始生长。

早在2013年，MIT研究人员发现，通过使用紫外线，他们可以拆分开3D打印结构中的聚合物，从而创造出被称为“自由基”的活性分子。随后，自由基可以绑定到3D打印对象周围的溶液中的新单体上，并将这些新单体合并到原始材料中。“这样的优势是，你可以打开灯让链接生长，灯关掉让它们停止生长。原则上，你可以无限制地重复开灯与关灯，然后它们可以不断地生长。”

不幸的是，试图控制自由基被证明是非常困难的，同时还会对3D打印材料造成过度的损坏。幸运的是，MIT化学家找到了另外一样东西：来自LED的蓝色光。据天工社了解，聚合物含有化学组TTC，被光打开的有机催化剂可活化这些TTC。当被LED的蓝光照射到时，TTC会随着新单体的附着而延展。由于这些单体是均匀加入的，它们为材料提供了新性能。“有了这种活的方法，我们可让宏观材料按照我们所设计的方式来成长，”研究人员说。

通过使用LED光技术，MIT研究人员发现他们可以改变3D打印结构的各种属性，包括它们的刚度和疏水性。通过添加某种单体，化学家也能让材料根据温度而膨胀或收缩。更妙的是，通过照射连接区域，他们能化学融合两个3D打印物体。研究人员说，这个特殊的工艺可用于创造具有前所未有的复杂度和化学稳定性的巨大3D打印结构。

研究人员面临的一个障碍是要保持实验环境的无氧性，因为在该过程中使用的有机催化剂在有氧环境下不起作用。现在，MIT团队正在测试其他可在有氧环境下实现类似聚合的催化剂。

通过结合聚合物科学和材料科学，MIT研究人员为高级3D打印创造了令人的兴奋的新可能性。