在添加制造(即3D打印)生產(chǎn)的模具中澆注聚二甲基硅氧烷(PDMS)可以快速成型具有微尺度特征的部件，而不需要傳統(tǒng)的光刻。傳統(tǒng)的光刻之后的軟光刻涉及使用硅襯底和光掩模，這可能是昂貴的并且可能需要特殊的準(zhǔn)備和處理(例如，在無塵室環(huán)境中應(yīng)用和去除光刻膠)，而立體光刻3D打印機(jī)的出現(xiàn)允許在幾乎任何實驗室空間中快速制造用于PDMS鑄造的母版。立體平版3D打印機(jī)使用光致聚合物樹脂，固化后可以承受高達(dá)200°C的溫度，不會發(fā)生塑性變形，這種情況發(fā)生在聚苯乙烯等玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為95-105°C的熱塑性塑料中(Lerman等人)。耐高溫的能力為PDMS和其他有機(jī)硅彈性體提供了快速固化的可能性，也為更好地控制彈性體的機(jī)械性能提供了可能性(Johnston等人)。然而，3D打印樹脂模具內(nèi)的組件，如殘留的光引發(fā)劑和未反應(yīng)的低聚物，可能會干擾PDMS的固化，導(dǎo)致打印模具和PDMS部件的界面處固化不完全。在這里，我們演示了一種簡單的處理方法，通過溶劑提取來去除這些不需要的物質(zhì)。

需要準(zhǔn)備的材料：

立體平版3D打印機(jī)和適當(dāng)?shù)臉渲?/span>

防泄漏、可密封的容器，大到足以容納3D打印模具。

餐具洗滌劑。

95%乙醇或異丙醇。

軌道振動臺。

未固化的PDMS基料和固化劑(10：1 w/w)。

后固化UV燈箱

注意事項：

3D打印模具在UV燈箱中清洗和后固化后，將模具放入容器中并添加足夠的溶劑以浸泡零件。

密封容器，放在搖床上24小時。

丟棄舊溶劑，添加新溶劑。密封并攪拌24小時。

將部件從溶劑中取出，并在室溫下風(fēng)干。

用于立體光刻的光聚合樹脂的確切組成在不同的制造商之間可能有很大不同；因此，可能有必要調(diào)整方案(例如，溶劑的類型)。此外，較大的印刷品可能需要更多的溶劑和更長的溶劑提取時間，以解決不需要的成分從印刷品遷移到游離溶劑的更長時間。

為了演示我們的程序，我們打印了兩組具有基本幾何特征的5個相同的模具。一組使用1毫米厚的外壁，而另一組使用3毫米厚的外壁(圖1)。模具使用OnShape(OnShape，Cambridge，MA)CAD軟件設(shè)計，并使用B9Creator V1.2(B9Creations，Rapid City，SD)立體平版3D打印機(jī)打印。對于所有的印花，我們使用的是B9 Creations的B9-R2-Black樹脂。該樹脂由制造商記錄，其熱變形溫度為65°C、0.45兆帕，符合ISO 75-1/2：2013標(biāo)準(zhǔn)(B9Creations)。由于不會對樹脂模具施加明顯的機(jī)械載荷(PDMS腔體的最大深度為6毫米)，我們決定這種樹脂適合于我們的測試模具。印刷后，將多余的樹脂浸入并攪拌在1升容器中的黎明洗碗劑和水的大約1：10的混合物中，從模具中移除多余的樹脂。然后用洗滌瓶用過量的異丙醇沖洗，直到表面沒有未固化的樹脂的明顯證據(jù)(大約每部分10-20毫升)，進(jìn)行額外的清洗。然后將模具在紫外線燈箱中后固化20分鐘。

圖1.立體平版印刷模具的設(shè)計特點。(A)和(B)中的頂部面板是OnShape渲染。(A)和(B)中的底板是用B9 Creations B9-R2-Black樹脂打印的部件。

一旦固化后，每個模具被放置在新的15毫升聚丙烯離心管和10毫升的測試溶劑(反滲透處理(RO)水，異丙醇，95%乙醇或甲醇)，并暴露在兩個24小時。抽出后，用反滲透水短暫沖洗模具，然后風(fēng)干1小時。然后，將約0.4毫升或1毫升預(yù)混10：1未固化的PDMS和固化劑分別加入到1 mm和3 mm的模具中。將PDMS部件在65°C的干燥烤箱中熱固化一夜。然后用不銹鋼鏟小心地將固化的PDMS部件從模具中取出。照片是使用iPhone 7攝像頭的默認(rèn)設(shè)置拍攝的。

未經(jīng)抽出或在水或甲醇中抽出的樹脂模具生產(chǎn)的PDMS部件存在重大缺陷。在這些提取條件下，半固化的碎片和微量的未固化的PDMS留在PDMS-模具界面上(圖2A-C)。用甲醇提取似乎削弱了固化的樹脂，顯著軟化并在這些模具上出現(xiàn)裂縫(圖2C)，雖然固化的PDMS很容易從甲醇提取的模具中釋放出來，但這會在PDMS表面留下瑕疵。我們發(fā)現(xiàn)，用異丙醇或95%乙醇處理的樹脂部件可以很好地作為PDMS的模具。固化的PDMS部件很容易從基材上釋放出來，沒有未固化的PDMS的可見痕跡(圖2D-E)，我們回收的PDMS部件干凈地復(fù)制了樹脂模具的特征(圖3)。除了在模具本身產(chǎn)生缺陷外，甲醇抽提還導(dǎo)致PDMS在固化時形成氣泡(圖3C)?？傮w而言，與3 mm厚的模具相比，1 mm厚的模具最容易釋放PDMS鑄件，但這可能只是由于1 mm厚的模具的長寬比(h/l)較低。

圖2.在不同溶劑中提取后通過立體平版印刷產(chǎn)生的模具。部分固化的PDMS和未固化的PDMS碎片殘留在未經(jīng)萃取的模具表面，以及在反滲透水和甲醇中萃取的模具表面。異丙醇和95%乙醇提取物產(chǎn)生的模具可以多次重復(fù)使用，用于PDMS固化。

圖3.使用各種溶劑在樹脂模具中固化得到的PDMS部件。在使用異丙醇或95%乙醇進(jìn)行軟光刻之前，提取模具中存在的殘留光引發(fā)劑和齊聚物可產(chǎn)生清潔的無缺陷的PDMS部件。

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