科學(xué)家開發(fā)出可降解的水溶性3D打印支撐材料
大多數(shù)制造商了解3D打印如何使他們能夠生產(chǎn)更堅(jiān)固，更輕的零件和系統(tǒng)。盡管可以使用許多不同的材料來創(chuàng)建3D打印的模型，但最常用的是熱塑性塑料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚乳酸（PLA）和聚碳酸酯（PC）。復(fù)雜的熱塑性部件和結(jié)構(gòu)具有橋接或懸垂，在打印過程中需要支撐。由于這些支撐結(jié)構(gòu)不是模型的一部分，因此需要在打印后將其刪除。此后處理步驟很重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響印刷零件的最終表面光潔度，強(qiáng)度和顏色。而且有時(shí)需要使用有害的化學(xué)物質(zhì)，損壞模型的表面并降低生產(chǎn)率。因此，為3D打印支持結(jié)構(gòu)選擇正確的材料至關(guān)重要。
BREAKVS可溶性支持結(jié)構(gòu)
有兩種基本類型的材料可用于支撐結(jié)構(gòu)：可分離和可溶。分離支撐結(jié)構(gòu)通常由類似于印刷物體的材料構(gòu)造。打印后，可通過修整，機(jī)械斷裂或磨損來去除支撐物。所有這些步驟都增加了工作量，因此增加了時(shí)間和成本。此外，移除3D打印支撐結(jié)構(gòu)可能會(huì)在模型表面留下瑕疵，或與該結(jié)構(gòu)一起破壞模型。另外，在使用高溫材料時(shí)，通常更難取下分離支撐。
可溶性支持的發(fā)展挑戰(zhàn)
開發(fā)水溶性載體是具有挑戰(zhàn)性的。首先，有限數(shù)量的真正可溶于水的市售樹脂。許多水溶性聚合物非常脆，這阻止了它們轉(zhuǎn)化為長絲。此外，使用傳統(tǒng)添加劑進(jìn)行增塑通常會(huì)抑制熱穩(wěn)定性和粘合性，從而嚴(yán)重限制了它們在3D打印中的使用。
第一代可溶載體有許多問題。有些使用了有害的化學(xué)藥品或強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性溶液。盡管其中一些仍被廣泛使用，但是樹脂技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來，現(xiàn)在商業(yè)市場上有大量的可溶性支撐材料，包括：
•高度專有的樹脂（Stratasys SR30，SR35，SR100等）
•基于常用的PVA或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的樹脂
•纖維素，例如羥丙基甲基纖維素（HPMC）
•外來聚丁二醇乙烯醇（BVOH）
然而，這些產(chǎn)品都不是燈絲的理想選擇，因?yàn)樗鼈儾皇菬岱�(wěn)定的。現(xiàn)在有一個(gè)更好的材料選擇。
足以溶解絲狀的水溶性樹脂
Infinite Material Solutions最近開發(fā)了一種既水溶性又熱穩(wěn)定的復(fù)合材料。這種“開箱即用”的樹脂是由天然碳水化合物與柔軟，堅(jiān)韌和水溶性的聚合物混合而成。新材料（商標(biāo)為AquaSys™120）是獨(dú)特的，因?yàn)樗銐驁?jiān)硬，可以用作支撐絲。這種配方令人驚訝，因?yàn)樵S多純碳水化合物和水溶性聚合物都太脆而無法形成可用的長絲。多年來，配方設(shè)計(jì)師已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來增塑水溶性樹脂，以便將其轉(zhuǎn)化為長絲。但是，添加增塑劑通常會(huì)大大降低基礎(chǔ)樹脂的熱穩(wěn)定性。另外，增塑劑會(huì)抑制材料之間的粘附，從而嚴(yán)重限制了它們在3D打印中的使用。 AquaSys 120使用高度復(fù)雜的工藝來生產(chǎn)1.75毫米和2.85毫米直徑的燈絲，可以成功地用于各種3D打印平臺(tái)和材料。
材料的好處和兼容性
這種新材料的各個(gè)組成部分已在工業(yè)上廣泛用于從包裝和藥物輸送到化妝品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品的各種應(yīng)用。根據(jù)可用于所有單個(gè)組件的信息，該材料具有親水性，生物相容性，可生物降解性，無毒且無致癌性。
這種新的長絲材料可用于最常見的3D打印技術(shù)，包括熔融長絲制造和直接材料擠出。它也與各種材料兼容，包括聚丙烯以及親水性和疏水性聚合物。與傳統(tǒng)的PVA相比，它具有出色的熱穩(wěn)定性和其他優(yōu)勢，這使其成為用于支撐絲的多功能，耐用和環(huán)保的材料。
這些優(yōu)勢包括：
•溶于水的速度比純PVA快
•可以使用多種材料進(jìn)行打印
•具有增強(qiáng)的附著力
•比PVA更快地被生物降解
在許多高溫下的熱穩(wěn)定性
領(lǐng)先的PVA燈絲品牌可在215-225ºC的溫度下進(jìn)行印刷，最高底板溫度為60ºC。另外，AquaSys 120燈絲可以在240-245ºC的溫度下進(jìn)行打印，最高底板溫度為130ºC。
粘附特性
能夠構(gòu)建可以粘附到可溶支撐物上的材料，反之亦然，這對于成功實(shí)現(xiàn)3D打印至關(guān)重要。支撐件和建筑材料的相鄰層之間的粘合不良會(huì)導(dǎo)致脫落和打印故障。新材料經(jīng)過設(shè)計(jì)，具有增強(qiáng)的粘合性能，可以解決此問題。它與長絲驅(qū)動(dòng)3D打印平臺(tái)中使用的各種疏水性和親水性材料兼容，并且繼續(xù)與新型建筑材料一起使用。
迄今為止，AquaSys 120已成功測試了聚酰胺（尼龍），共聚酯（CPE），丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），熱塑性聚氨酯（TPU），聚碳酸酯（PC）和聚烯烴（如聚丙烯（PP））。與傳統(tǒng)的PVA絲相比，它具有顯著的優(yōu)勢，后者對CPE，ABS，TPU，PC和PP的粘合力有限。
溶解度
在相同印刷零件的頭對頭溶解試驗(yàn)中，新型長絲材料在室溫（22℃）下的溶解速度是領(lǐng)先品牌PVA的兩倍，而在高溫（80℃）下的溶解速度快六倍。與PVA不同，在溶解之前，尤其是在高溫下，PVA可能形成凝膠，而新材料在> 35ºC的溫度下可以干凈地溶解而不會(huì)發(fā)生膠凝。
處置和生物可降解性
新的復(fù)合材料基于天然存在的碳水化合物，該碳水化合物在環(huán)境中會(huì)迅速礦化。這種碳水化合物成分的礦化可能需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天。該材料的其余成分的生物降解速度較慢，但與PVA一樣，基于呼吸處理礦化測試，使用廢水處理設(shè)施中的適應(yīng)性污泥，它們最終被認(rèn)為可生物降解。
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