用于降低自下而上式桶式光聚合3D打印过程中分离力的柔性非粘性PDMS/PET离型膜

《Applied Surface Science》：Flexible non-adhesive PDMS/PET release film for reducing separation force in bottom-up vat photopolymerization 3D-printing

光固化3D打印中，非粘性PDMS/PET复合释放膜通过氟化涂层降低表面能，结合微孔PET基材的透气性实现弹性分离，将最大分离力降低73.4%和60.6%，并成功打印190mm以上高复杂零件。

　　

严莉|邓一然|陈青泽|Dhandapani Kuzhandaivel|陈伟强|吴立新|王建雷

福州大学化学学院，中国福州350108

摘要

自下而上的槽式光聚合技术被广泛用于高分辨率的增材制造。然而，固化层与离型膜之间的过大分离力常常导致零件变形、分层和打印失败，尤其是在打印大截面零件或使用软树脂时更为明显。为了解决这一工艺瓶颈，研究人员通过在微孔聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上涂覆一层接枝了氟化拒水涂层的柔软聚二甲基硅氧烷（PDMS），开发出一种非粘性复合离型膜。氟化表面降低了树脂与薄膜之间的粘附力，而微孔PET结构则允许空气渗透，在PDMS/PET界面建立压力平衡，从而使PDMS能够发生较大的可控弹性变形，将分离过程从刚性剥离转变为以周边为主导的柔性剥离。与使用粘合剂的未经改性的PDMS/PET薄膜以及市售的FEP薄膜相比，这种非粘性PDMS/PET离型膜分别可将最大分离力降低73.4%和60.6%。通过具有内聚区模型的有限元模拟，阐明了界面柔韧性在降低峰值应力中的作用。使用多种树脂打印出的高尺寸（>190毫米）和几何形状复杂的零件的实验结果证实，这种离型膜设计显著扩大了工艺的稳定性窗口，并提高了自下而上槽式光聚合技术的可靠性。

部分内容摘要

引言

增材制造，即三维（3D）打印，已从快速原型工具发展成为主流生产技术，正在改变从生物医学工程到航空航天等多个领域。其在医疗设备[1]、[2]、传感器技术[3]、[4]、[5]以及汽车和航空航天工业[6]、[7]、[8]、[9]等领域的应用，得益于其独特的制造复杂几何形状、优化材料使用以及实现大规模生产的能力。

2.1 材料和试剂

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜购自广东恒杰塑料材料有限公司；聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜购自杭州微创科技有限公司；乙醇由上海麦克林生化有限公司提供；γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷和(3-缩水甘油氧基丙基)三甲氧基硅烷由上海阿拉丁生化科技有限公司提供；PAS10建模树脂购自广州HeyGears公司。

PDMS-N和PDMS-F涂层的表征与表面性质

如图2所示，通过硅烷水解结合环氧基团与氨基团之间的开环反应制备了拒水涂层。首先，采用两步法将氨基团接枝到PDMS表面，随后将预水解并缩合的氟化硅烷（PFTOS）与环氧功能化硅烷（GPTMS）的混合溶液喷涂到PDMS表面，并在100°C下加热以促进环氧基团之间的开环反应。

结论

本研究针对槽式光聚合3D打印中固化层与离型膜之间较大分离力导致零件损坏和打印失败的问题，提出了一种非粘性PDMS/PET柔性低表面能离型膜的制备方法，以减少分离力。系统研究了影响分离力的关键因素。该设计创新性地利用了PET层中的通孔结构来促进空气流通。

作者贡献声明

严莉：撰写——审稿与编辑、原始稿撰写、方法论设计、数据分析。邓一然：实验研究、数据分析。陈青泽：实验研究、概念构思。Dhandapani Kuzhandaivel：撰写——审稿与编辑、数据可视化、概念构思。陈伟强：项目指导、软件开发、概念构思。吴立新：项目指导、方法论设计、资金筹集、概念构思。王建雷：实验研究、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了福建省中国科学院STS项目（项目编号：2024T3074、2024T3051）的财政支持。