国家标准与技术研究所 聚合物在五秒钟内光辅助固化的彩色图，用NIST的定制原子力显微镜和纳米圆柱探针测量
较暗的颜色表示从液态树脂到聚合物的较高转化率
左边的洋红色方块代表引发反应的灯具
信用:NIST 美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员展示了一种方法，用于测量液体原材料的微观区域在光照下硬化成固体塑料的速度，这是朝着制造更精确、更统一的三维打印部件(如个性化假肢和牙科材料)迈出的一步
NIST的定制原子力显微镜(AFM)具有纳米尺度的圆柱形尖端，揭示了固化树脂的复杂过程，当它们在光下反应形成聚合物时，需要控制有多少光能进入形成聚合物，以及在三维打印过程中有多少聚合物扩散或扩散
在一篇新论文中，NIST实验表明，不仅仅是通常假设的总光能，而是整个曝光条件控制着聚合物扩散的程度
例如，在恒定或更短的持续时间内增加光强度会降低树脂到聚合物的转化，并可能扭曲印刷部件的形状
测量只需要几微升树脂，提供了一种降低制造和测试新型树脂成本的方法
“这项研究真正挖掘了我们新的计量技术提供的独特的过程和材料科学洞察力，”项目负责人杰森·基尔戈说
这项工作建立在NIST团队先前开发的相关原子力显微镜方法——样品耦合共振光流变性(SCRPR)——的基础上，该方法可以在固化过程中以最小的尺度实时测量材料属性的变化方式和位置
这些测量是用传统的锥形原子力显微镜探针进行的，这些探针具有倾斜的侧面，因此不能可靠地测量局部液体流量或厚度，在技术上称为粘度
现在，NIST的研究人员已经通过使用圆柱形原子力显微镜探针量化了粘度、转换和扩散，该探针的直边被稳定的液体流包围
探针的振动，因为他们扰乱树脂，减少的数量取决于圆筒长度和液体粘度
液体树脂粘度的增加与转化率有关，从而能够测量聚合物在空间和时间上的演变
研究人员使用计算流体动力学来模拟减缓或阻尼振荡纳米圆柱的力及其速度的变化，以确定受运动影响的树脂量
通过将超弹性聚合物阻尼与树脂粘度和转化率相关联，研究人员制作了不同暴露条件下转化率与时间的空间图
原子力显微镜配有一个光调制器，将发光二极管发出的图案光导向树脂样品
对快速固化树脂转化率的测量显示，聚合物在曝光后几秒钟内从光源处积累了几十微米，这表明了扩散的程度和速度
光图案的大小很重要；在给定的光强和持续时间下，更宽的特征导致更高的转换(见图)
供应链弹性分组环吸引了工业界的兴趣
基尔戈说，到目前为止，已经有一家公司来NIST使用该仪器
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