隱形眼鏡的制備方法復(fù)雜、耗時(shí),且依賴于昂貴的拋光與研磨工藝。3D打印采用無模具自由成形原理來構(gòu)造三維結(jié)構(gòu),可用于簡(jiǎn)便、快速及按需制備隱形眼鏡。然而,臺(tái)階效應(yīng)限制了3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的發(fā)展,降低了Z軸打印精度,并使得打印結(jié)構(gòu)表面粗糙,性質(zhì)各向異性,無法滿足高清晰成像的要求。因此,抑制臺(tái)階效應(yīng)對(duì)于3D打印技術(shù)在光學(xué)結(jié)構(gòu)中的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
近年來,中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組在低粘附連續(xù)3D打印領(lǐng)域開展了系統(tǒng)研究,先后利用仿生超潤滑固化界面來減少固化樹脂與固化界面之間粘附,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、單墨滴3D打?。≧esearch、Nat. Commun.、Nat. Commun.)。
近日,該課題組提出了一種基于數(shù)字光處理(DLP)技術(shù)的連續(xù)液膜限制的3D打印策略,消除了逐層打印過程中出現(xiàn)的臺(tái)階效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了高精度3D結(jié)構(gòu)的制備。在連續(xù)打印過程中,附著在固化結(jié)構(gòu)外的液膜始終受到固-液界面的限制。該液體樹脂-固化結(jié)構(gòu)界面的限制作用增強(qiáng)了未固化的液體樹脂吸入并填充于相鄰圖案層之間的間隙,以消除臺(tái)階效應(yīng);亦可作為液體刮刀刮除固化結(jié)構(gòu)外包覆的多余樹脂,以實(shí)現(xiàn)高保真打印。由于粘附的液膜是作為過渡層而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的液體樹脂殘余物,因而避免了后清洗步驟。研究?jī)?yōu)化墨水性質(zhì)和打印參數(shù),可較好地控制3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)的液膜厚度和表面光滑度。此外,該技術(shù)還可以抑制熱累積和熱擴(kuò)散,確保連續(xù)打印過程的穩(wěn)定性。基于這一打印策略,科研人員制備出具有極高的光滑度(均方根粗糙度小于1.3 nm)、均勻的機(jī)械性能、良好的生物相容性以及高光學(xué)質(zhì)量(透光性和光學(xué)分辨率達(dá)96%和228.1 lp/mm)的隱形眼鏡結(jié)構(gòu)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、北京分子科學(xué)國家研究中心的支持。
連續(xù)液膜限制的3D打印過程和3D打印隱形眼鏡結(jié)構(gòu)及其表征
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