供稿人：侯虎、連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-03-19
熱固性聚合物Vitrimers能夠在特定條件下永久交聯(lián)，同時(shí)在化學(xué)反應(yīng)激活時(shí)可以重新加工。這種獨(dú)特的性質(zhì)使得vitrimers在軟機(jī)器人、生物模擬等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。利用Vitrimers材料打印出來的零件通常不需要傳統(tǒng)意義上的脫脂燒結(jié)過程，而可以通過熱處理來實(shí)現(xiàn)再加工和回收。vitrimers材料的3D打印樣品還表現(xiàn)出可回收性，可以將原始樣品切成片，然后通過熱壓重新成型，回收后的vitrimers在某些情況下甚至展現(xiàn)出了比原始樣品更好的機(jī)械性能。這種材料的流變特性和控制對(duì)于未來的技術(shù)應(yīng)用至關(guān)重要。通過調(diào)整丙烯酸單體的功能，可以打印出具有柔性（σ = 1.1 MPa, ε = 14.0%）和剛性（σ = 33.3 MPa, ε = 4.4%）區(qū)域的多材料結(jié)構(gòu)。
奧地利Shaukat等人利用雙缸DLP 3D打印技術(shù)和兩種不同的硫醇-丙烯酸酯樹脂，成功加工了具有異質(zhì)性質(zhì)的多材料vitrimers，如圖1 。這種雙缸DLP打印機(jī)使用傳統(tǒng)的缸交換策略，包含兩個(gè)缸和一個(gè)清潔站，這些部件都位于一個(gè)線性移動(dòng)平臺(tái)上，并能在逐層構(gòu)建物體過程中自動(dòng)交換。通過調(diào)整樹脂成分EGMA-HP1A和EGMA-PT3A的組成，如圖2，使得它們?cè)跓岷蜋C(jī)械性能上存在顯著差異。EGMA-HP1A網(wǎng)絡(luò)由于加入了單官能團(tuán)的羥基丙烯酸酯（HP1A）作為鏈延伸劑，形成了較軟的網(wǎng)絡(luò)，而EGMA-PT3A網(wǎng)絡(luò)由于加入了三官能團(tuán)的丙烯酸酯（PT3A），形成了較硬、交聯(lián)度更高的網(wǎng)絡(luò)。
圖1 （a）多材料DLP 3D打印機(jī)原型照片。（b）工作示意圖
圖2 左圖為打印完成的EGMA-HP1A（軟質(zhì)）和EGMAPT3A（硬質(zhì)）。右圖為用EGMA-HP1A（軟質(zhì)深紅色）和EGMAPT3A（硬質(zhì)橙色）DLP 3D打印的多材料蜂窩結(jié)構(gòu)
該研究不僅證明了雙缸DLP 3D打印技術(shù)在制造具有復(fù)雜功能的多材料結(jié)構(gòu)方面的潛力，而且也為未來軟機(jī)器人應(yīng)用和模仿生物復(fù)合結(jié)構(gòu)提供了新的可能性。通過結(jié)合多材料3D打印和vitrimers的化學(xué)特性，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了具有高度功能性的物體的制造，這標(biāo)志著3D打印技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的又一重大進(jìn)步。
隨著研究的深入，預(yù)計(jì)這種技術(shù)將推動(dòng)個(gè)性化制造和復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，為醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天等多個(gè)行業(yè)帶來革命性的變化。未來的研究可能會(huì)集中在提高打印分辨率、優(yōu)化材料性能以及探索更多的應(yīng)用場(chǎng)景上。