新型“分子積木”：讓3D打印耗材循環使用

科技日報訊 （記者江耘 通訊員查蒙）4月17日，記者從浙江大學獲悉，該校化學工程與生物工程學院教授謝濤和研究員鄭寧團隊發現了一種全新熱可逆的光點擊化學反應，並由此製造了可多次循環打印且具有優異力學性能的光固化3D打印樹脂。相關成果近日發表於國際期刊《科學》。

憑藉可快速定製化的優勢，3D打印技術在工業製造、生物醫療、航空航天等多個領域廣泛應用。然而，在光固化3D打印領域，現有光敏樹脂材料通常依賴丙烯酸酯類單體的自由基連鎖聚合，所生成的高分子網絡主鏈由碳—碳單鍵組成，難以解聚回收，成為廢棄物後容易形成污染。

不同於連鎖聚合機理，科研團隊意外發現，硫醇與芳香醛縮合生成的二硫代縮醛鍵在熱刺激條件下表現出獨特的可逆性。如同積木可反覆拆裝，二硫代縮醛鍵就像兩塊積木間的“卡扣”，在光固化成型時，這些“分子積木”通過二硫代縮醛鍵的鍵合作用相互連接，構建出複雜三維結構。在適當加熱的情況下，這些鍵又能被“解開”，使得生成的產物回到最初硫醇和芳香醛的狀態。

“這種可逆機制意味着，使用後的3D打印材料可以通過温和加熱實現分子級別的無損回收。”謝濤説，回收後的原料可以重新投入到下一輪3D打印流程。這種特性賦予了材料近乎無限次重構的能力，同時顯著降低了原料成本。基於這一發現，聯合團隊創新性地提出了基於醛基、巰基反應的逐步聚合3D打印體系，實現動態網絡的構築，從而開創3D打印的新策略。

“通過分子設計調控聚合物主鏈的結構，我們成功製備出彈性體、結晶性聚合物以及剛性聚合物等多種不同的3D打印材料。”鄭寧介紹，這些聚合物在消失模鑄造（如金屬引擎）及正畸牙套生產中具有廣泛的應用空間，且同一樹脂原料能夠重複使用以製造多個零部件，減少了對環境的污染和資源的浪費。

謝濤説，這項研究在分子層面成功突破了傳統光固化3D打印材料力學性能與閉環回收之間的矛盾。其構建的光響應動態二硫代縮醛化學體系，為實現高性能光固化3D打印材料的閉環再生提供了新途徑，對發展可持續先進製造技術具有重要指導意義。