第一作者：Yu Zhang, ZhiChao Dong
通訊作者：宋延林、吳磊
通訊單位：中科院化學(xué)所
3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)到復(fù)雜的3D實(shí)體之間的跨越，同時(shí)在打印過程中也無需使用常規(guī)制造所需的模具或光刻掩模。由于其具有眾多的優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，已然成為構(gòu)建精細(xì)3D結(jié)構(gòu)最有潛力的方法之一。然而，在整個(gè)3D打印過程中，其精度和材料的利用效率仍然受到了極大的限制。
主要問題在于：
1）材料浪費(fèi)：未固化的樹脂需要在印刷過程之前過量地覆蓋整個(gè)容器，這不僅增加了樹脂成本，而且導(dǎo)致樹脂浪費(fèi)。
2）分辨率受限：由于UV樹脂放熱，因此對于連續(xù)印刷工藝20尤其是對于需要高UV強(qiáng)度的高速印刷而言，散熱是不夠的。伴隨著固化結(jié)構(gòu)表面上殘留的樹脂，以及在包括UV投影儀的余輝在內(nèi)的激發(fā)光下對樹脂的連續(xù)照射，會(huì)發(fā)生額外的固化或打印不穩(wěn)定性，從而降低3D打印分辨率。
從界面的角度來看，基材的化學(xué)成分和表面粗糙度極大地影響了三相接觸線（TCL）的動(dòng)力學(xué)。通過對大自然中荷花和捕蟲籠表面的觀察發(fā)現(xiàn)，滯留在表面上的空氣或液體會(huì)大大降低基材上的界面附著力，從而導(dǎo)致液滴的球形接觸方式或液體接觸此類表面的滑移現(xiàn)象。
受此啟發(fā)，中科院化學(xué)所宋延林、吳磊等人提出了一種基于樹脂液滴三相接觸線流動(dòng)特性的單液滴3D打印策略來制造可控的三維結(jié)構(gòu)。
圖1. 單液滴3D打印流程圖和實(shí)際照片
更高的材料利用率。
研究人員采用了既具有低液態(tài)樹脂粘合性又具有低固化樹脂粘合性的固化界面，使3D打印過程具有縮回TCL。在3D打印過程中有效地減少了殘留樹脂的量，并且顯著提高了樹脂的利用效率。
更高的打印效率和精讀。
通過引入縮回TCL，液滴系統(tǒng)的自由接觸表面特性會(huì)增加內(nèi)部液滴的液體循環(huán)并降低液態(tài)樹脂，固化樹脂和樹脂桶之間的粘附性，防止了在高打印速度下需要高紫外線強(qiáng)度的額外固化，最終提高3D打印效率和精度。
總之，這項(xiàng)研究為3D打印提供了全新的解決方案，將為3D打印在清潔化生產(chǎn)、節(jié)約成本以及提高精準(zhǔn)度方面帶來新的借鑒。
參考文獻(xiàn)：
Zhang, Y., Dong, Z., Li, C. et al. Continuous 3D printing from one single droplet. Nat Commun 11, 4685 (2020).
DOI: 10.1038/s41467-020-18518-1
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18518-1
