摘要
3D打印是近年来发展迅速的新型材料制造技术，但迄今为止，相较于传统制造技术，其生产效率仍然低下，限制了该技术的大规模应用。其中，数字光处理技术(DigitalLightProcessing，DLP)是一种基于面成型原理的打印方法，在同等精度下打印速度相对较快，市场接受程度较高。但目前DLP的打印速度仍不能满足规模化生产需求，造成该问题的一个主要原因是打印过程中打印件与投影窗口之间的粘附力较大，因此需降低分离速度以避免制件破损、粘底等问题。为解决该问题，商业策略是利用全氟乙烯丙烯共聚物(FluorinatedEthylenePropylene，FEP)离型膜作为光固化界面，但其离型力仍然较大，且并不适用于较大尺寸连续结构制件的打印。为了突破打印速度的限制，学术界也开发了一些创新技术，但往往需要复杂的设备支持或高昂的使用成本，这极大地限制了其工业化发展。针对分离力大而导致打印速度降低这一问题，开发新型适用性强的离型材料具有重要意义。 本论文中，我们基于最常见的DLP光固化3D打印设备，使用绿色廉价的水凝胶替代FEP离型膜作为固化界面，利用其柔软可变形的特性降低固化树脂与离型面的分离力，具有简化分离过程和提高分离速度的作用，从而显著提升了打印速度。具体而言，在对水凝胶模量和厚度进行优化后，分离力可降至FEP离型膜的1/4，最快可实现400mm/h的超高速打印。该技术同时具有良好的打印稳定性，可用于制备其他快速3D打印工艺难以获得的大尺寸连续实心结构。 为论证水凝胶离型膜对不同材料打印的普适性，我们选取了三种常用的功能性3D打印材料，包括弹性体材料、熔模铸造树脂、形状记忆聚合物作为研究对象。其中，弹性体使用聚氨酯丙烯酸酯预聚物为原料，该材料模量较低且受力易变形，常规方法难以打印，利用水凝胶固化界面可降低其上拉过程受力并实现快速打印过程。熔模铸造树脂具有一定亲水性，但仍可用水凝胶离型膜打印，结合铸造工艺适用于快速制备精细结构金属制品。形状记忆聚合物是由多种丙烯酸酯复配、聚合得到，改变原料的化学组成可灵活性调节其形状记忆转变温度，该材料体系与快速打印相结合，可促进4D打印工艺的发展。
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