使用实例新加坡南洋理工大学基于增材创筑的原料微加工的最新发展

2024-04-11

　　克日，正在前期作事的本原上，新加坡南洋理工大学胡晓教员团队报道了新型可光固化的邻苯二甲腈（PN）单体并制备了可3D打印树脂●◆，通过PμSL手艺以及固化热解管制●，胜利告终了玻璃碳（Glassy Carbon）的慎密微加工。正在他们的作事中，切磋者最初合成了可光固化PN单体并熔解正在溶液中配成可打印树脂◆，然后应用PμSL手艺▼◆，并采用nanoArch® S140 3D打印设置（精度：10 µm）将获得的树脂打印成型具有微米区分率的3D组织▼▼◆。之后，颠末热管制和热裂解转化成为具有丰富组织的玻璃碳产品●。因为所制备PN单体的高碳产率，这种应用先驱体政策和3D打印手艺获得的玻璃碳组织，不单告终了微米标准上的组织丰富性◆◆，同时正在维持了玻璃碳产品的组织完善性，保真性和低缩短性●◆。此法子为推动玻璃碳正在医疗东西、电化学器件、慎密微成型设置，以及正在能源和航空航天手艺中的行使供给了一个新的打算思绪。闭系切磋功效以“Micro-fabrication of Glassy Carbon with Low Shrinkage and High Char Yield using High-performance Photocurable Phthalonitrile (PN) Resins”为题公布正在邦际出名期刊《Additive Manufacturing》上。

　　图 2. (a) CAD 组织模子，运用 PN树脂的 3D 打印、热管制和玻璃碳的蜂窝组织。(b) (c) (d)所得组织的轮廓和横截面轮廓样式。正在800 和 1000度热解获得产品的(e) 拉曼光谱 (f) XRD 图谱 (g)蜂窝组织的应力应变弧线。

　　结尾，切磋者还搜求了玻璃碳微加工产物正在少少界限的潜正在行使（比方，接骨螺钉、微电极、微模具等 (图3)）并比力了常睹纠合物树脂和本作事树脂的碳产率，热本能以及缩短率◆▼◆。

　　进一步切磋声明，因为所制备的PN树脂具有较高的碳产率（ 60wt%）▼●●，最终通过热解获得的3D打印玻璃碳组织具有较低的各向同性缩短率（～29%），而且产物轮廓滑润，组织完善●◆，内部无微观缺陷●◆。再颠末拉曼光谱，XRD●▼●，三点压缩等一系列的测试▼●▼，长远外征了玻璃碳产品的组织特点和呆板本能（图2）●。

　　图 3. (a) 运用 PN树脂打印的具有潜正在行使的玻璃碳组织；本作事所制备的PN树脂 (b) 与常睹纠合物树脂的Tg 和碳产率的对照；(c) 与其他资料打印的碳产物的缩短率和碳产率的对照。

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　　增材创筑（又称3D打印）是一种优秀的资料加工手艺，可用于产物的急迅成型▼，以及丰富组织产物的慎密加工，以是，3D打印正在性能器件▼●，微模具以及超资料的制备等界限受到了寻常的闭心。基于3D打印手艺的资料微加工工艺取决于打印东西和所行使资料，通过对打印物体的高精度统制◆▼，告终丰富组织的微创筑。近年来◆●◆，他们自立研发制备了一系列可光固化打印树脂，通过应用先驱体政策以及二次固化管制◆●，配合打印精度为微米级的摩方慎密面投影微立体光刻（PμSL）手艺，胜利制备了高本能晶格超资料◆●▼，以及热固塑料和陶瓷资料的微加工制备。固体玻璃碳是一种具有低序玻璃状无定形组织的碳资料●●●，具有非常的电化学、热、呆板和电学性格，正在浩瀚界限如慎密微型模具、烧蚀防护罩、电化学传感器等方面都有寻常的行使。然而，比拟于其它资料◆▼●，比方塑料，金属和陶瓷，固体碳资料的加工制备具有更大的挑衅性，由于他们的高热阻和高脆性，固体碳既不行通过熔融挤出成型也不行通过高温烧结举行加工。

　　正在该项作事中，切磋者所制备的新型PN树脂涌现出优异的热本能和呆板本能，具有亲密300℃玻璃化改观温度（Tg）和150 MPa的抗弯强度◆，以及急迅光纠合的才具▼，可用于3D打印手艺的成型加工。切磋者通过PμSL手艺，制备出具有微米级区分率的丰富组织，通过将打印好的产品举行二阶段的固化以及渐进式热解管制，

　　结论：本切磋通过运用可光纠合PN树脂和PμSL手艺创筑出来丰富的玻璃碳微组织。所研发的PN树脂具有出优异的热本能，呆板本能和高碳产率；热解后所获得的玻璃碳产物有低缩短率和优异的组织完善性。通过这种慎密加工法子胜利创筑出来的玻璃碳接骨螺钉、电极和微流体模具等性能性的产物，显露了该树脂以及这种创筑法子正在医疗、电化学和微创筑界限的辽阔行使潜能▼▼。总而言之，本作事不仅报道了新型碳先驱体PN树脂的制备与外征◆▼●，更胜利告终了固体碳资料的慎密微加工▼，进一步声明增材创筑手艺（比方PμSL手艺）正在资料丰富组织加工方面的上风和潜力。