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(wú)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(shí)驗(yàn)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(shù)脂，固化后可以承受高達(dá)200°C的溫度，不會(huì)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(shù)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(huì)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(jiǎn)單的處理方法，通過(guò)溶劑提取來(lái)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?shù)脂。

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(dòng)臺(tái)。

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(xiàng)：

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(shí)。

丟棄舊溶劑，添加新溶劑。密封并攪拌24小時(shí)。

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(shù)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(lèi)型)。此外，較大的印刷品可能需要更多的溶劑和更長(zhǎng)的溶劑提取時(shí)間，以解決不需要的成分從印刷品遷移到游離溶劑的更長(zhǎng)時(shí)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(gè)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(jì)，并使用B9Creator V1.2(B9Creations，Rapid City，SD)立體平版3D打印機(jī)打印。對(duì)于所有的印花，我們使用的是B9 Creations的B9-R2-Black樹(shù)脂。該樹(shù)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(huì)對(duì)樹(shù)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(shù)脂適合于我們的測(cè)試模具。印刷后，將多余的樹(shù)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(shù)脂。然后用洗滌瓶用過(guò)量的異丙醇沖洗，直到表面沒(méi)有未固化的樹(shù)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(xiàn)燈箱中后固化20分鐘。

圖1.立體平版印刷模具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。(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(shù)脂打印的部件。

一旦固化后，每個(gè)模具被放置在新的15毫升聚丙烯離心管和10毫升的測(cè)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(gè)24小時(shí)。抽出后，用反滲透水短暫沖洗模具，然后風(fēng)干1小時(shí)。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(shù)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(shù)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(lái)，但這會(huì)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(shù)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(lái)，沒(méi)有未固化的PDMS的可見(jiàn)痕跡(圖2D-E)，我們回收的PDMS部件干凈地復(fù)制了樹(shù)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(shí)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(zhǎng)寬比(h/l)較低。

圖2.在不同溶劑中提取后通過(guò)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(shù)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(wú)缺陷的PDMS部件。

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