中科院：消除3D打印臺(tái)階效應(yīng)研究獲進(jìn)展

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所

隱形眼鏡的制備方法復(fù)雜、耗時(shí)，且依賴(lài)于昂貴的拋光與研磨工藝。3D打印采用無(wú)模具自由成形原理來(lái)構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)，可用于簡(jiǎn)便、快速及按需制備隱形眼鏡。然而，臺(tái)階效應(yīng)限制了3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的發(fā)展，降低了Z軸打印精度，并使得打印結(jié)構(gòu)表面粗糙，性質(zhì)各向異性，無(wú)法滿(mǎn)足高清晰成像的要求。因此，抑制臺(tái)階效應(yīng)對(duì)于3D打印技術(shù)在光學(xué)結(jié)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組在低粘附連續(xù)3D打印領(lǐng)域開(kāi)展了系統(tǒng)研究，先后利用仿生超潤(rùn)滑固化界面來(lái)減少固化樹(shù)脂與固化界面之間粘附，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、單墨滴3D打?。≧esearch、Nat. Commun.、Nat. Commun.）。

△連續(xù)液膜限制的3D打印過(guò)程和3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)及其表征

近日，該課題組提出了一種基于數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)的連續(xù)液膜限制的3D打印策略，消除了逐層打印過(guò)程中出現(xiàn)的臺(tái)階效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高精度3D結(jié)構(gòu)的制備。在連續(xù)打印過(guò)程中，附著在固化結(jié)構(gòu)外的液膜始終受到固-液界面的限制。該液體樹(shù)脂-固化結(jié)構(gòu)界面的限制作用增強(qiáng)了未固化的液體樹(shù)脂吸入并填充于相鄰圖案層之間的間隙，以消除臺(tái)階效應(yīng)；亦可作為液體刮刀刮除固化結(jié)構(gòu)外包覆的多余樹(shù)脂，以實(shí)現(xiàn)高保真打印。由于粘附的液膜是作為過(guò)渡層而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的液體樹(shù)脂殘余物，因而避免了后清洗步驟。研究?jī)?yōu)化墨水性質(zhì)和打印參數(shù)，可較好地控制3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的液膜厚度和表面光滑度。此外，該技術(shù)還可以抑制熱累積和熱擴(kuò)散，確保連續(xù)打印過(guò)程的穩(wěn)定性?；谶@一打印策略，科研人員制備出具有極高的光滑度（均方根粗糙度小于1.3 nm）、均勻的機(jī)械性能、良好的生物相容性以及高光學(xué)質(zhì)量（透光性和光學(xué)分辨率達(dá)96%和228.1 lp/mm）的隱形眼鏡結(jié)構(gòu)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的支持。