2023年８月３日，德国普雷堡大学微系统工程系的研究人员在《Additive Manufacturing》上发表题为COLOR3D – Multicolored 3D printing of wood composites by submicron structuring的研究论文，报道了一种将宏观DLP 3D打印和纳米压印相结合的方法，实现了具有彩色亚微米结构表面的木质复合材料的一步3D打印工艺。
//doi.org/10.1016/j.addma.2023.103723
研究简介
可持续材料的开发和制造已成为当今材料研究的一个重要课题，用于3D打印的生物基材料因其基于可再生资源，可用来生产单独设计的结构且几乎不造成材料浪费，是标准聚合物材料的有效替代品。然而，生物基材料在美学结构上往往无法媲美传统材料。基于此，本研究报道了一种基于丙烯酸环氧大豆油和丙烯酸异溴酯的可打印生物木材复合材料，其生物可再生碳含量高达69%，表面具有结构着色。研究人员通过将高分辨率数字光处理(DLP)3D打印技术和纳米压印技术在一步工艺中相结合，成功打印具有彩色亚微米结构表面的可再生生物复合材料的3D结构。通过在打印机缸底部集成亚微米结构的透明箔，每个打印层都可复制这种亚微米结构以形成打印对象的单独表面结构。此外，表面后处理之后实现了高拒水性，接触角高达138°，即使在潮湿条件下也可以保证更稳定的材料性能和耐久性。这种加工方法克服了多色3D打印，特别是SLA3D打印技术的挑战，为个性化制造具有定制表面结构和稳定性的3D结构奠定了基础。
图文速递
图1 生物复合材料的构成。
图2 彩色3D打印技术工艺和彩色打印结构。
图3 彩色3D打印IAP_OW5的亚微米结构表面分析。
图4 彩色3D打印复合材料的力学和润湿性分析。
研究结论
本研究提出了一种结合纳米压印和DLP 3D打印概念的多色打印方法。以丙烯酸环氧大豆油(AESO)和丙烯酸异硼酸酯(IBOA)为基料，以木屑和去木质素木材为填充材料，研制了生物可再生碳含量高达69%的新型生物复合材料。由于生物材料通常不太具有光学吸引力，并且将多种颜色集成到还原聚合过程中仍然非常具有挑战性，因此提出的DLP 3D打印和亚微米结构相结合的一步制造工艺展示了一种强大而简单的方法来修饰打印的光学外观。这种加工方法克服了多色3D打印的挑战，特别是对于还原光聚合SLA技术，并为个性化制造具有定制表面纳米结构的3D结构奠定了基础。3D打印的生物复合材料硬度为0.9 ~ 1.2 GPa，邵氏硬度D为70 ~ 77。此外，使用三甲基乙酸酐对打印3D结构的粗糙表面进行疏水性处理，导致其具有良好的疏水和拒水的表面性能，接触角高达138°。为了改善所开发的木材复合材料的材料性能，可以对木材颗粒进行化学改性，以提高其在基体材料中的可有可无性，甚至将其整合到聚合物网络中。该方案或将可以转移到其他3D打印树脂中，以创建功能性超疏水表面以及彩色打印。
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