宋延林课题组《Adv Mater》:3D打印出极高性能的隐形眼镜结构!

3D打印科研前沿
2021
11/27
23:10
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来源:材料科学与工程

隐形眼镜的制备方法复杂、耗时且依赖于昂贵的抛光及研磨工艺,3D打印采用了无模具自由成形原理来构造三维结构,可用于简便、快速及按需制备隐形眼镜。然而,台阶效应限制了3D打印隐形眼镜结构的发展,不仅会降低Z轴打印精度,还使得打印结构表面粗糙,性质各向异性,使其无法满足高清晰成像的要求。因此,抑制台阶效应对于3D打印技术在光学结构中的实际应用具有重要意义。

在科技部、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会、北京分子科学国家研究中心的大力支持下,化学研究所绿色印刷实验室宋延林课题组近年来在低粘附连续3D打印领域开展了系统研究,先后利用仿生超润滑固化界面来减少固化树脂与固化界面之间粘附,实现了连续、单墨滴3D打印(Research 2018, 2018, 479560, Nat. Commun. 2020, 11, 521, Nat. Commun. 2020, 11, 4685)。

近期,该课题组提出了一种基于数字光处理(DLP)技术的连续液膜限制的3D打印策略,消除了逐层打印过程中出现的台阶效应,实现了高精度3D结构的制备。在连续打印过程中,附着在固化结构外的液膜始终受到固-液界面的限制。

该液体树脂-固化结构界面的限制作用一方面增强了未固化的液体树脂吸入并填充于相邻图案层之间的间隙,以消除台阶效应;另一方面可作为液体刮刀刮除固化结构外包覆的多余树脂,以实现高保真打印。由于粘附的液膜是作为过渡层而不是传统上认为的液体树脂残余物,因此避免了后清洗步骤。通过优化墨水性质和打印参数,可以很好地控制3D打印隐形眼镜结构的液膜厚度和表面光滑度。除此之外,该技术还可以抑制热累积和热扩散,确保了连续打印过程的稳定性。基于该打印策略,研究人员制备了具有极高的光滑度(均方根粗糙度小于1.3 nm)、均匀的机械性能、良好的生物相容性以及高光学质量(透光性和光学分辨率高达 96%和228.1 lp/mm)的隐形眼镜结构。

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图1  连续液膜限制的3D打印过程和3D打印隐形眼镜结构及其表征

该研究成果近日发表于Advanced Materials期刊上(Adv. Mater. 2021, DOI: 10.1002/adma.202107249),第一作者是博士生张虞,通讯作者是宋延林研究员和吴磊副研究员。

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论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107249


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