Da die 3D-Drucktechnologie Vorteile wie schnelle Prototypierung und komplexe Strukturformung in der Mikrofluidik-Chipfertigung demonstriert, gibt es neue Entwicklungskraft in Bereichen wie Biomedizin und chemische Analyse.Allerdings sind die hohen Herstellungskosten und die schweren Probleme der Verschwendung von Harzmaterialien, die durch den photohärtenden Druckprozess verursacht werden, allmählich zu einem kritischen Engpässen geworden, das die Anwendung und Verbreitung dieser Technologie in der Forschung und Industrie einschränkt. Die Daten zeigen, dass nach Abschluss einer einzelnen Druckaufgabe der Anteil an Restharzen bis zu etwa 90% erreicht werden kann. Die in diesen Rückständen enthaltenen Methylacrylat-Monomere sind nicht nur kompliziert und kostspielig, sondern können auch potenzielle Umweltrisiken verursachen.Kürzlich ausItalienUniversität von CataniaForschungsteamdurchSystemExperimentelle Beweise,Das photohärtete Harz, das recycelt wurde, kann mehr als dreimal wiederverwendet werden und die optischen Eigenschaften des hergestellten Mikrofluidgerätes sind nahezu unberührt.Diese bahnbrechende Entdeckung unterstützt die 3D-Druckindustrie dabei, die Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Diese Studie wurde„Mikro-optofluidische Geräte über Projektionsmikro-Stereolithografie: Auswirkungen der Harz-Wiederverwendung auf die optische Sensing-Leistung“”Veröffentlicht in internationalen ZeitschriftenDas International Journal of Advanced Manufacturing Technology»Auf.
Das Forschungsteam hat eine kompletteHarz-Recycling-Technologie，Es umfasst fünf Schlüsselstufen: Harzrückgewinnung, Primärfiltration (100-200 μm Metallsieb), Sekundärfiltration (0,45-1 μm PTFE-Membran-Vakuumfilterung), gleichmäßige Mischung (3000 U/min/5 min) und Lichtschutzlagerung.Dieser Prozess entfernt effektiv Verunreinigungen und teilweise ausgehärtete Partikel aus Restharzen und gewährleistet die chemische Stabilität des recycelten Harzes.Abbildung 1. Micro-optofluidic (MoF) zur Erkennung des Gas-Flüssigkeitssegments）Arbeitsprinzip der Ausrüstung.
Im Experiment wurden drei Arten von Harzen verwendet: Neues Harz, ein einmal recyceltes Harz und ein sekundär recyceltes Harz, die jeweils für die Herstellung von drei identischen T-Verbindungen verwendet werden. Diese Mikrofluide sind speziell für die optische Inspektion entwickelt.Das Forschungsteam nutzt die Micro-Stereo-Lithographie (PμSL) (nanoArch)®S140， Genauigkeit: 10 μm)Keine zusätzliche Montage erforderlich.
Abbildung 2: 3D-gedruckte organische Rahmen-Geräte (MoF), die mit der PµSL-Technologie hergestellt wurden (bezeichnet als Dev-1, Dev-2 und Dev-3).
Durch die Fourier-Transformation Infrarotdämpfungs-Vollreflexionsspektrumanalyse (FTIR-ATR) fanden die Forscher nur geringfügige Veränderungen in der chemischen Struktur des regenerierten Harzes. Eine leichte Verringerung der Absorptionsspitzenintensität bei 1635 cm-1 (C=C-Stretching) und 810 cm-1 (C-H-External Bending) deutet auf eine geringfügige Verringerung des Methylacrylat-Monomergehalts hin. Diese Veränderung beruht hauptsächlich auf der Vorpolymerisierung durch Verdunkelung während des Druckprozesses und Spuren von Lichtstreuung, wobei die gesamte chemische Struktur des Harzes stabil bleibt.Abbildung 3. Vergleich der FTIR-Spektren entlang des Bereichs 1800-650 cm-1 auf vier verschiedenen Quadranten Qki verschiedener Chargen von Harzen: frisches Lichtgehärtetes Harz (Dev-1, blaue Kurve); Einmal Recycling-Harz (Dev-2, hellblaue Kurve); Sekundäres Recyclingharz (Dev-3, gelbe Kurve). Die mit 1 und 2 gekennzeichneten Spitzen sind 1635 cm-1 bzw. 810 cm-1.Die optische Leistung ist ein zentraler Indikator für Mikrofluidgeräte. Das Forscherteam misste die Lichtdurchlässigkeit des Geräts mit einem Spektrophotometer in einer Wellenlänge von 589 nm (Natrium-D-Linie) und berechnete den Brechungsgrad mit einem speziellen Regressionsmodell. Das Experiment führte fünf wiederholte Messungen in vier verschiedenen Bereichen jedes Geräts durch, um die Zuverlässigkeit der Daten zu gewährleisten.Abbildung 4. Für jedes berücksichtigte k-th Mikro-Fluid-Gerät (k = 1,2,3) wurde die räumliche Anordnung des untersuchten Quadranten Qki (i = 1,...,4) untersucht.Die Ergebnisse zeigten, dass die Geräte aus drei Harzen mit einem Brechungsgrad von 1,7044 (völlig neues Harz), 1,7043 (eine Regeneration) und 1,7042 (sekundäre Regeneration) mit einem Unterschied von nur 0,012% hergestellt wurden. Die Zweifaktor-Varianz-Analyse zeigte, dass weder die Anzahl der wiederverwendeten Harze noch der Messbereich einen signifikanten Einfluss auf den Brechungsgrad hatte (p-Wert > 0,05).Abbildung 5. Ablaufdiagramm für den geschätzten Brechungswert (Â) des 3D-gedruckten Harzes.Abbildung 6. Durchlässigkeitsspektrumvergleich auf vier verschiedenen Quadranten Qki (n = 1): frisches photohärtendes Harz (Dev-1, blaue Kurve); Einmal Recycling-Harz (Dev-2, hellblaue Kurve); Sekundäres Recyclingharz (Dev-3, gelbe Kurve).In der Phase der FunktionsprüfungMitarbeiterEine Gas-Wasser-Bombenstrom-Prüfplattform wurde eingerichtet, um die Leistung der Geräte mit der Methode Experimental Design (DoE) zu bewerten. Das Experiment untersuchte die Auswirkungen von drei Faktoren auf die optische Erkennungsfähigkeit: Laserleistung (1mW und 5mW), Durchflussgeschwindigkeit (0,1-0,3mL/min) und Harztyp.Die Ergebnisse zeigen, dass alle Geräte die Gas- und Flüssigkeitsphase im Ballenstrom eindeutig unterscheiden können und dass die Signalwellenformen stabile quadratische Welleneigenschaften aufrechterhalten. Die statistische Analyse bestätigt, dass es keine signifikanten Unterschiede in der Detektionsleistung verschiedener Harzbarchegeräte gibt, was beweist, dass das recycelte Harz die funktionellen Anforderungen der Mikrofluidgeräte erfüllt.Abbildung 7. Dreidimensionales Effektdiagramm der untersuchten Reaktionsfähigkeit, wobei die Säulenhöhe den Durchschnittswert der Reaktionsfähigkeit in den einzelnen Studienszenarien repräsentiert und die runden Markierungen die einzeln gesammelten Beobachtungen anzeigen.Zusammenfassung: Diese Studie demonstriert die Machbarkeit der Recycling von photohärteten Harzen in der Herstellung von Mikro-Fluid-Geräten.Durch strenge experimentelle Konstruktion und systematische Leistungsbewertung bestätigen die ForscherAuch nach zweimaler Recycling bleiben die optischen Eigenschaften des Harzes stabilDie optische Erkennungsfähigkeit des Geräts wird nicht beeinträchtigt. Dieser Erfolg bietet nachhaltige Lösungen nicht nur für die 3D-Druckindustrie, sondern auch für die Mikrofluidtechnik in der biomedizinischen Forschung und der klinischen Diagnose.weit verbreitetDer Weg ebnet. Innovative Praktiken zur Senkung von Kosten und Umweltauswirkungen bei gleichzeitiger Leistungssicherung erklären die Integration von grüner Fertigung und Präzisionstechnik.
