الطباعة 3D وتعديل السطح في الموقع عبر النوع الأول من الصور الضوئية عكسها إضافة تجزئة سلسلة نقل البلمرة

ملخص

يصف هذا البروتوكول الطباعة الرقمية ثلاثية الأبعاد القائمة على معالجة الضوء للمواد البوليمرية باستخدام بلمرة سلسلة الإضافة والشظايا القابلة للعكس من النوع الأول والمعالجة الضوئية اللاحقة لما بعد التشغيل عن طريق البلمرة بوساطة السطح. توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالصور مواد ذات خصائص سائبة وبينية مصممة بشكل مستقل ويتم التحكم فيها مكانيا.

الملخص

توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد وصولا سهلا إلى المواد المعقدة هندسيا. ومع ذلك ، فإن هذه المواد لها خصائص سائبة وبينية مرتبطة ارتباطا جوهريا تعتمد على التركيب الكيميائي للراتنج. في العمل الحالي ، يتم تشغيل المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد بعد التشغيل باستخدام أجهزة الطابعة ثلاثية الأبعاد عبر عملية بلمرة ثانوية تبدأ على السطح ، وبالتالي توفير تحكم مستقل في خصائص المواد السائبة والبينية. تبدأ هذه العملية بتحضير الراتنجات السائلة ، التي تحتوي على مونومر أحادي الوظيفة ، ومونومر متعدد الوظائف متقاطع ، ونوع من اللابلين كيميائيا الضوئي الذي يمكن من بدء البلمرة ، والأهم من ذلك ، مركب ثيوكربونيل ثيو الذي يسهل بلمرة نقل سلسلة الإضافة والتجزئة القابلة للانعكاس (RAFT). يتوسط مركب ثيوكربونيل ثيو ، المعروف باسم عامل RAFT ، عملية بلمرة نمو السلسلة ويوفر المواد البوليمرية مع هياكل شبكة أكثر تجانسا. يتم علاج الراتنج السائل بطريقة طبقة تلو الأخرى باستخدام طابعة 3D لمعالجة الضوء الرقمي متاحة تجاريا لإعطاء مواد ثلاثية الأبعاد لها هندسة يتم التحكم فيها مكانيا. تتم إزالة الراتنج الأولي واستبداله بخليط جديد يحتوي على مونومرات وظيفية وأنواع ضوئية. ثم تتعرض المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد للضوء من الطابعة ثلاثية الأبعاد في وجود خليط مونومر وظيفي جديد. هذا يسمح للبلمرة السطحية المستحثة ضوئيا أن تحدث من مجموعات عوامل RAFT الكامنة على سطح المواد المطبوعة 3D. بالنظر إلى المرونة الكيميائية لكلا الراتنجتين ، تسمح هذه العملية بإنتاج مجموعة واسعة من المواد المطبوعة 3D بخصائص سائبة وبين الوجوه قابلة للتخصيص.

المقدمة

لقد أحدث التصنيع المضاف والطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة في تصنيع المواد من خلال توفير طرق أكثر كفاءة وسهولة لتصنيع المواد المعقدة ^{هندسيا1}. بصرف النظر عن حريات التصميم المحسنة في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تنتج هذه التقنيات نفايات أقل من عمليات التصنيع المطروحة التقليدية من خلال الاستخدام الحكيم لمواد السلائف في عملية تصنيع طبقة تلو الأخرى. منذ 1980s ، تم تطوير مجموعة واسعة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة لتصنيع المكونات البوليمرية والمعدنية والخزفية1. تشمل الطرق الأكثر شيوعا الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على البثق مثل تصنيع الخيوط المنصهرة وتقنيات الكتابة بالحبر ^{المباشر2} ، وتقنيات ا....

البروتوكول

1. إعداد برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد والطابعة ثلاثية الأبعاد

1. تصميم النموذج الرقمي للطباعة 3D باتباع الخطوات أدناه.
   1. افتح برنامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر (انظر جدول المواد).
   2. في المستوى x-y ، قم بإنشاء مستطيل يتمركز حول الأصل بأبعاد 80 مم × 40 مم ، ثم قم بالبثق على طول المحور z الموجب ل 1.5 مم لإنشاء منشور مستطيل صلب ، يسمى الجسم الأساسي.
   3. فوق الجسم الأساسي ، أي عند z = 1.5 مم ، ارسم أنماط السطح المطلوبة (في هذه الحالة ، رمزان yin-yang) على سطح المنشور المستطيل.
   4. ابثق أنماط السطح في مناطق محددة 0.05 مم على طول المحور z الموجب لإنشاء نمط مرتفع قليلا بالنسبة للجسم الأساسي.
   5. تصدير ....

النتائج

يوضح الشكل 1 الإجراء العام للطباعة ثلاثية الأبعاد وتشغيل السطح. في هذا البروتوكول ، يتم تصنيع بوليمر الشبكة في البداية عبر عملية بلمرة RAFT المستحثة ضوئيا ¹⁵ ، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع كائن في عملية طبقة تلو الأخرى (الشكل 1A). يحتوي الراتنج السائب المستخدم لتشكيل شبكة البوليمر على نوع بادئ ضوئي (TPO) ، والذي يولد الجذور عند التعرض لضوء 405 نانومتر. يمكن لهذه الجذور بعد ذلك أن تضيف إلى روابط الفينيل في DMAm المونومر و .......

المناقشة

يوضح البروتوكول الحالي عملية للطباعة ثلاثية الأبعاد لمواد البوليمر ذات الخصائص السائبة والبينية القابلة للضبط بشكل مستقل. يتم تنفيذ الإجراء عبر طريقة من خطوتين عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد للركيزة الأساسية ومن ثم تعديل الطبقة السطحية للكائن المطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام راتنج وظيفي مختلف ولكن باستخدام نفس أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد. في حين أن طابعات 3D المستخدمة في هذا العمل مصممة لطباعة المواد المتقاطعة بطريقة طبقة تلو الأخرى ، يمكن أيضا إجراء عملية تشغيل السطح باستخدام نفس الأجهزة. كما هو موضح في هذا البر.......

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
1-بيرينميثيل ميثاكريليت	سيجما-ألدريتش	765120
2- (n< / em>-butylthiocarbonothioylthio) حمض البروبانويك	البورون الجزيئي	BM1640
طابعة ثلاثية الأبعاد	فوتون	أحادي S	شدة الضوء على سطح القناع الرقمي = 0.81 ميجاوات سم -2
تقطيع الطباعة ثلاثية الأبعاد	ورشة عمل الفوتون الفوتون V2.1.19
40 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية	حمام الحرارية	UB-410
الهواء المضغوط	Coregas		230142 خزان يعمل بمعدل 130 كيلو باسكال
برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر	SpaceClaim	SpaceClaim Design Manager V19.1
ثنائي الفينيل (2،4،6-trimethylbenzoyl) أكسيد الفوسفين	سيجما ألدريتش	415952
الإيثانول غير المشوه 100٪ AR	ChemSupply	EL043-2.5L-P
زجاجة غسيل الإيثانول	Rowe Scientific	AZLWGF541P
Fluorescence Imager	Bio-Rad	Gel Doc XR +	يستخدم مصباح تفريغ الغاز 302 نانومتر كمصدر انبعاث
طاقة شدة الضوء	نيوبورت	843-R
ميكانيكي	مارك &ndash ؛ 10	ESM303	1 كيلو نيوتن مقياس القوة M5 & ndash ؛ 200
فيلم بلاستيكي قابل للتشكيل	Parafilm	PM992
< em > N < / em > ، < م > N < / em > - ثنائي الميثلاكريلاميد	سيجما ألدريتش	274135
< م > N < / em > ، < م > N < / em > - ثنائي ميثيل فورماميد HPLC	ChemSupply	LC1051-G4L
بولي (إيثيلين جلايكول) دياكريلات متوسط Mn 250	Sigma-Aldrich	475629
مصباح ما بعد العلاج	Leoway	‎ B0869BY79P	60 واط 405 نانومتر
وثيقة المعايير	ASTM	ASTM Standard D638-14
آلة اختبار الشد	Mark-10
ضوء الأشعة فوق البنفسجية	فيشر Scientific	11-982-30	6 واط Spectroline E-Series ، مصباح تفريغ الغاز
خلاط دوامة IKA Vortex 3	LabTek	3340000I

برنامج مقياس اختبار