為了制造出更精確，更均勻的3D打印零件，例如個性化義肢和牙科材料，國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的研究人員展示了一種測量液體微觀區(qū)域速率的方法原材料在光線下會硬化成固體塑料。

NIST的定制原子力顯微鏡(AFM)具有納米級的圓柱狀尖端，揭示了樹脂固化的復(fù)雜過程，因為它們在光下反應(yīng)形成聚合物，需要控制多少光能進入到形成聚合物的過程中。在3-D打印過程中聚合物擴散或擴散的量。

NIST實驗在一篇新論文中進行了描述，該實驗表明，總體的曝光條件(而不是通常假設(shè)的總光能)可以控制聚合物的擴散程度。例如，以恒定或較短的持續(xù)時間增加光強度會降低樹脂到聚合物的轉(zhuǎn)化率，并可能使印刷部件的形狀變形。這些測量僅需要幾微升樹脂，從而提供了一種降低制造和測試新型樹脂成本的方法。

項目負(fù)責(zé)人Jason Killgore說：“這項研究確實挖掘了我們新的計量技術(shù)所提供的獨特的過程和材料科學(xué)見解。”

該工作建立在NIST團隊先前開發(fā)的相關(guān)AFM方法(樣品耦合共振光流變學(xué)(SCRPR))的基礎(chǔ)上，該方法在固化過程中以最小尺度實時測量材料的特性和方式。這些測量是使用常規(guī)的錐形AFM探頭進行的，該探頭具有傾斜的側(cè)面，因此不能可靠地測量局部的液體流量或厚度(在技術(shù)上稱為粘度)。

現(xiàn)在，NIST研究人員已經(jīng)通過使用圓柱形AFM探針對粘度，轉(zhuǎn)化和擴散進行了定量，該探針具有被恒定的液體流動圍繞的筆直的側(cè)面。由于探針擾動樹脂，其振動會減少一定量，具體取決于量筒長度和液體粘度。液態(tài)樹脂粘度的增加與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，從而可以測量聚合物在空間和時間上的演變。

研究人員使用計算流體動力學(xué)來模擬減慢或衰減振蕩的納米圓柱體的力及其速度的變化，從而確定受運動影響的樹脂量。通過將SCRPR阻尼與樹脂粘度和轉(zhuǎn)化率相關(guān)聯(lián)，研究人員繪制了不同暴露條件下轉(zhuǎn)化率與時間的空間關(guān)系圖。

AFM裝有光調(diào)制器，該光調(diào)制器將來自LED的圖案化光引導(dǎo)到樹脂樣品。對一種快速固化樹脂的轉(zhuǎn)化率的測量表明，在曝光后幾秒鐘之內(nèi)，聚合物從光源處積聚了數(shù)十微米，表明了擴散的程度和速度。燈光圖案的大小很重要。在給定的光強度和持續(xù)時間下，更寬的功能導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)換率(見圖)。

SCRPR引起了業(yè)界的興趣。Killgore說，到目前為止，有一家公司訪問了NIST以使用該儀器。

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