使用可再生丙烯酸酯的立体光刻3D打印

该方法有助于理解增材制造领域的关键主题，例如树脂配方和打印后处理。该技术的主要优势在于能够实现可持续产品的精确按需制造。该方法将为基于激光的立体光刻技术提供深入见解，同时也可应用于其他3D打印技术，例如数字光处理（Digital Light Processing）。

首先，将50克1,10-癸二醇二丙烯酸酯倒入一个500毫升的锥形瓶中。向瓶中加入1.0克TPO和0.40克BBOT。为锥形瓶安装机械搅拌器，在室温下以200 rpm的速度搅拌混合物5分钟，使TPO和BBOT完全溶解于丙烯酸单体中。

向混合物中加入100克季戊四醇四丙烯酸酯和100克多官能团环氧丙烯酸酯。然后在50摄氏度下以200转/分钟的速度搅拌混合物30分钟，以确保形成均匀的树脂。取下机械搅拌器，并用塞子塞住烧瓶。

用铝箔包裹烧瓶，以保护生物基丙烯酸酯光敏树脂免受光照。现在，将光敏树脂涂覆在具有平行板几何结构的流变仪的下板上。将上下板之间的间隙设置为1毫米，并用抗紫外罩覆盖流变仪。

在室温下测量树脂在0.1至100每秒剪切速率范围内的黏度。开启SLA 3D打印机并选择开放模式。根据产品的结构设计，可在3D模型中集成支撑结构，以在制造过程中稳定构造。

在计算机上启动模型制备软件。选择材料为 Clear，版本为 V4，层厚为 50 微米，以设定所需的打印参数。打开复杂形状原型的数字模型（标准三角网格语言文件），然后选择其在构建平台上的位置和方向。

将打印任务上传至SLA 3D打印机。然后将200毫升生物基光敏树脂倒入树脂槽中。打开3D打印机，并正确安装树脂槽。

安装构建平台并关闭3D打印机。在完成3D打印机的准备工作后，启动打印任务。让3D打印机制造出复杂形状的原型。

打印任务完成前请勿打开打印机。本演示方案中，紫外激光的波长为405纳米。该物体的打印时间为2.5小时，此处以快进形式展示。

打印任务完成后，打开打印机，取下附有打印件的构建平台，然后关闭打印机。打开装有异丙醇的清洗站，将构建平台放入其中。

开始操作，并用20分钟冲洗以去除任何未反应的树脂。冲洗程序完成后，从清洗站取下构建平台，并将原型从构建平台上拆下。让原型自然晾干30分钟。

在此期间，将紫外烘箱预热至60摄氏度。打开紫外烘箱，迅速将原型放置在旋转平台上。关闭紫外烘箱，并在60摄氏度下固化60分钟，以确保完全转化。

后固化程序完成后，打开紫外烘箱并取出原型件。为了表征复杂形状原型件的表面形貌，使用剃刀片从复杂形状原型件上切下约一厘米长的内部螺旋部分。使用双面导电碳胶带将样品固定在样品台上。

成像前，使用溅射系统在样品表面镀上30纳米的铂钯层。然后将样品放入扫描电子显微镜中，在5千伏的加速电压下进行观察。在30倍和120倍放大倍数下采集样品的多张图像。

可再生树脂的黏度是3D打印过程中的一个关键参数，由单体与低聚物的比例控制。在打印过程中，液态树脂涂布时通常达到每秒100次的剪切速率。所有生物树脂的黏度均低于5帕斯卡·秒，适用于立体光刻打印设备中的应用。

此处展示的是使用不同生物树脂打印物体的力学性能代表性结果，包括拉伸强度和弹性模量。然而，通过优化打印后处理工艺，如改变清洗、干燥、固化时间以及固化温度，可显著提升其力学性能。扫描电子显微镜显示，复杂形状原型具有光滑的表面和高精度的结构细节。

螺旋结构的锯齿状垂直边缘源于逐层立体光刻（SLA）打印工艺，其中曝光层的顶部接收到的紫外光剂量大于下层背面。表面开裂程度与初始树脂黏度相关。该技术发展后，为使用具有成本竞争力的生物基树脂铺平了道路，有助于实现可持续产品的无废料、本地化制造。

请注意，操作丙烯酸酯类物质可能存在危险。进行本实验操作时，应始终采取佩戴安全眼镜和手套等防护措施。