长三角G60激光联盟导读
据悉，英国诺丁汉大学和巴西大学的科研人员报道了为激光烧结用聚合物粉末引入功能性的简便一步法路线, 新发现的塑料涂层赋予3D打印更多功能。相关研究以“A facile one step route that introduces functionality to polymer powders for laser sintering”为题发表在《Nature Communications》上。
激光烧结（LS）是一种利用激光加工聚合物颗粒来制造三维物体的增材制造（AM）技术。由于聚酰胺-12（PA-12）易于加工且具有热物理性能，因此PA-12占LS中使用的聚合物材料95%。这就限制了产品的功能，包括有限的可用颜色。此外，PA-12物品在潮湿环境中容易产生生物污垢。因此，一个关键的挑战是开发一种低成本的途径，为PA-12引入所需的功能性。科研人员报告了一种简便、清洁、可扩展的PA-12改性方法，该方法利用超临界二氧化碳 (scCO2)和自由基聚合产生功能化PA-12材料。创造了一种高效、有效和清洁的工艺，为 3D 打印过程中使用的PA-12聚合物颗粒进行涂层处理。这些材料可以使用商用设备轻松打印。科研人员通过制造彩色PA-12材料展示了这一潜力，并表明可以利用同样的方法制造防生物污垢物体。该研究的材料功能化方法可为增材制造开启重要的新应用。
图 1：ScCO2聚合和涂层工艺。
研究人员证明，新工艺可以提供的两个关键功能：新涂层能够为打印过程增添色彩、防霉和抗真菌特性。
图 2：彩色涂层PA-12颗粒的选择性激光烧结。
最常见的商业3D打印技术之一是粉末床熔融或激光烧结。在这一过程中，一层自由流动的聚合物粉末被铺设下来，激光在计算机生成的设计引导下逐层熔化粉末。
一层新的粉末铺在上一层粉末上，激光再次将粉末熔化，同时将粉末固定在下一层粉末上。这一过程一直持续到设计部件完成，通常包括数千层。
图 3：通过使用原色涂层PA-12材料与SLS进行混色（CMYK）。
聚酰胺-12（PA12）是一种坚固的塑料，在3D打印行业通常用于打印复杂而精细的部件，通常应用于汽车或航空航天行业。
科研人员已经用行业中普遍存在的关键聚合物(PA-12)证明了这一点。新彩色聚合物粉末在现有的商用机器上完美地工作。
图 4：通过scCO2 聚合和涂层工艺为SLS开发抗生物膜材料。
总之，研究概述了一种在商用PA-12颗粒上开发功能涂层的简便方法，然后可以通过常规 LS方法进行打印。我们已经证明，涂层粉末具有LS所需的适当外在和内在特性，并利用这些材料打印出彩色和非生物污垢系统。单色粉末可以进行物理混合和打印，最终物体的颜色也可以预测。该方法为LS打印机提供了一个可行的CMYK颜色混合系统，可以开拓广泛的应用领域。在此基础上，证明了同样的方法可用于引入抗生物膜功能，而且打印出的材料明显减少了各种形态和结构不同的微生物的生物膜形成。
最重要的是，展示了一种在基于聚合物粉末的商业3D打印系统中引入理想功能的简便方法，科研人员相信，同样的方法也可以用于为打印对象提供广泛的其他各种理想的功能和特性。
论文链接：
Krumins, E., Crawford, L.A., Rogers, D.M. et al. A facile one step route that introduces functionality to polymer powders for laser sintering. Nat Commun 15, 3137 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47376-4
欢迎大家参加长三角G60激光联盟举办的活动：
激光智造在新能源汽车中的应用：
2024年7月29日-31日，安徽合肥丰大国际大酒店
欢迎您参会、欢迎参展！