研究人员开发出用于热固性聚合物3D打印的实时控制系统

Mejia等人领导的研究人员开发了一种用于热固性聚合物直接墨水写入（DIW）3D打印的实时监控系统。该系统解决了打印过程中聚合过程控制的挑战，特别是对于通过正面聚合机制固化的热固性材料。他们的研究成果发表在《npj Advanced Manufacturing》杂志上。

a) DIW 3D打印p(DCPD)热致变色染料固化过程中的黑白静态图像。b) 感兴趣区域和参考点的边缘检测处理。c) 自动前沿检测和距离测定，用于计算前沿速度。d) 不同热致变色染料负载下的原位检测精度。（图片来源：Mejia等人）

该系统结合红外热成像和光学传感器，实时监测固化过程。红外热成像提供温度映射，用于检测正在发生放热聚合的区域，而光学传感器则跟踪与转化率相关的材料透明度或颜色变化。这些数据被输入闭环控制系统，该系统可实时调整打印参数，例如油墨挤出速率、沉积温度和打印头速度。

该技术结合机器学习算法来预测和响应聚合前沿的进展。传统的控制系统依赖于预定的阈值，研究人员指出，这些阈值不足以处理前沿聚合的多变性。自适应控制系统旨在减少打印时间和材料浪费，同时提高材料的一致性。

研究人员对工业DIW工艺中常用的丙烯酸酯基热固性油墨进行了测试。通过机械测试、热分析和显微镜检查，研究人员将打印的原型与传统固化的样品进行了比较。结果表明，与传统方法相比，该方法的固化均匀性、机械强度和尺寸精度均有所提高。

该系统采用现成的组件和开源软件框架设计，可集成到现有的工业3D打印机中。研究人员指出，他们的传感器组装和控制算法可以适用于其他进行热活化反应的材料系统，包括硫醇-烯点击化学和环氧基网络。模块化设计旨在支持在不同热固性聚合物应用领域的更广泛应用。

资料来源：scienmag.com