光聚合3D打印因其環(huán)保、節(jié)能、加工速率快、能耗小等優(yōu)勢(shì)，近些年備受關(guān)注，并被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，F(xiàn)有的光聚合3D打印光源多以短波長(zhǎng)光（如UV光）為主，然而，短波長(zhǎng)光不利于人體健康，且穿透性受限，以致深層聚合受阻。近紅外（NIR）光良好的生物安全性以及穿透能力在一定程度上可以克服上述問(wèn)題，因此，開發(fā)NIR光聚合型3D打印技術(shù)是有必要的。
近期，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院鄒應(yīng)全教授團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種基于NIR光聚合的立體光刻（SLA）3D打印技術(shù)，花菁/碘鎓鹽作為該3D打印配方的光引發(fā)體系；在808 nm激光光源照射下，引發(fā)體系產(chǎn)生活性自由基實(shí)現(xiàn)單體、低聚物的聚合，并成功實(shí)現(xiàn)了聚合物材料的制造。該研究成果以“Stereolithography 3D printing upon near-infrared photopolymerization”為題發(fā)表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。鄒應(yīng)全教授為該論文的通訊作者，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生何相龍為第一作者。
光聚合動(dòng)力學(xué)、聚合反應(yīng)溫度以及熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果表明，以花菁4bZ3為NIR光敏劑、Iod為引發(fā)劑，4-丙烯酰嗎啉（ACMO）為單體，再結(jié)合其他低聚物，添加劑的3D打印配方具有較好的聚合性能、較低的聚合溫度以及良好的熱穩(wěn)定性；該配方被選用于實(shí)際的打印實(shí)驗(yàn)。圖2（a）展示了所定制的3D打印設(shè)備的實(shí)物圖。3D打印配方的聚合機(jī)理如圖2（b）所示，在NIR光源誘導(dǎo)下，4bZ3與Iod可發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成對(duì)甲基苯自由基，其能夠引發(fā)單體與低聚物固化，從而實(shí)現(xiàn)打印。圖2（c）展示了通過(guò)NIR光聚合型SLA-3D打印機(jī)制造的產(chǎn)品，它們相比于3D模型具有較高的保真度，證明了該打印策略的可行性。
圖2（a）定制的3D打印設(shè)備的實(shí)物展示圖；（b）3D打印配方的聚合機(jī)理；（c）所打印的舵機(jī)轉(zhuǎn)盤、玫瑰以及拉伸桿的展示圖
圖3 拉伸桿打印過(guò)程中曝光區(qū)溫度變化曲線，（a）加工16層支撐結(jié)構(gòu)，（b）加工7層產(chǎn)物結(jié)構(gòu)；拉伸桿打印結(jié)束后非曝光區(qū)的（c）液面溫度以及（d）拉伸桿表面溫度
圖4通過(guò)含苝、羅丹明B、花菁S0957、螺吡喃衍生物SP、碳黑（CB）等有色填料的3D打印配方所制造的有色聚合物以及光致變色聚合物示意圖
該團(tuán)隊(duì)的研究為NIR光聚合型3D打印提供了可行的策略，有助于NIR光聚合技術(shù)與3D打印技術(shù)的發(fā)展。此外，該研究為通過(guò)3D打印制造有色聚合物、以及光致變色聚合物給出了一種實(shí)施途徑，拓展了NIR光聚合技術(shù)的應(yīng)用性，特別是在制備有色聚合物（尤其是黑色聚合物），和刺激響應(yīng)聚合物方面具有實(shí)際的應(yīng)用前景。該研究由湖北固潤(rùn)科技股份有限公司提供資金支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160857
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