3D-Druck und In-situ-Oberflächenmodifikation mittels photoinitiierter reversibler Additions-Fragmentierungskettentransfer-Polymerisation Typ I

Das vorliegende Protokoll beschreibt den auf digitaler Lichtverarbeitung basierenden 3D-Druck polymerer Materialien unter Verwendung der photoinitiierten reversiblen Additionsfragmentierungskettentransferpolymerisation Typ I und die anschließende In-situ-Materialpostfunktionalisierung durch oberflächenvermittelte Polymerisation. Der photoinduzierte 3D-Druck liefert Materialien mit unabhängig voneinander maßgeschneiderten und räumlich kontrollierten Schütt- und Grenzflächeneigenschaften.

Mit diesem Protokoll können die Bulk- und Grenzflächen von 3D-gedruckten Materialien unabhängig voneinander abgestimmt werden. Dies bietet mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Herstellung komplexer 3D-gedruckter Materialien. Diese Technik erfordert keine strengen Reaktionsbedingungen und kann mit handelsüblichen Geräten durchgeführt werden.

Dadurch erleichtert diese Technik die Herstellung komplexer 3D-gedruckter Materialien erheblich. Bereiten Sie zunächst das Bulk-Harz vor, indem Sie 0,36 Gramm BTPA in einer sauberen 50-Milliliter-Amber-Durchstechflasche wiegen. 13,63 Milliliter Polyethylenglykoldiacrylat und 14,94 Milliliter DMAm mit einer Mikropipette in die bernsteinfarbene Durchstechflasche geben.

Fügen Sie in einem separaten 20-Milliliter-Durchstechflasche aus sauberem Glas, das mit Aluminiumfolie bedeckt ist, 0,53 Gramm TPO hinzu. Fügen Sie mit einer Mikropipette 10 Milliliter DMAm zu der 20-Milliliter-Glasdurchstechflasche hinzu, die das TPO enthält, und verschließen Sie die Durchstechflasche mit der Kappe. Homogenisieren Sie die TPO-Lösung in DMAm gründlich, indem Sie sie 10 Sekunden lang mit einem Wirbelmischer mischen und dann ein Standard-Laborschallbad verwenden, um die Mischung für 2 Minuten bei Raumtemperatur zu beschallen.

Übertragen Sie die Lösung mit einer Glaspipette und einer Gummipipettenbirne von der 20-Milliliter-Glasdurchstechflasche auf die 50-Milliliter-Durchstechflasche mit Bernstein und verschließen Sie die Durchstechflasche mit einer Kappe und einer formbaren Kunststofffolie. Schütteln Sie die 50-Milliliter-Durchstechflasche aus Bernstein vorsichtig und legen Sie die Durchstechflasche dann 2 Minuten lang bei Raumtemperatur in ein Schallbad, um sicherzustellen, dass die Mischung homogen ist. Legen Sie die versiegelte bernsteinfarbene Durchstechflasche, die mit dem Bulk-Harz gefüllt ist, zur späteren Verwendung in einen Abzug.

Bereiten Sie das Oberflächenharz wie zuvor beschrieben für die Herstellung des Bulk-Harzes vor. Nachdem Sie das Oberflächenharz vorbereitet haben, legen Sie den versiegelten gelben Abrieb, der mit dem Oberflächenharz gefüllt ist, zur späteren Verwendung in einen Abzug. Um den 3D-Druck durchzuführen, gießen Sie das zuvor vorbereitete Bulk-Harz in den 3D-Druckerbottich, stellen Sie sicher, dass die Lösung die Bodenfolie im Bottich ohne Luftblasen oder andere Inhomogenitäten vollständig abdeckt, und schließen Sie dann das 3D-Druckergehäuse.

Navigieren Sie über den 3D-Druckerbildschirm auf dem USB-Stick und wählen Sie die geschnittene Modelldatei aus, indem Sie auf die Schaltfläche Dreieck Play klicken, um den 3D-Druckvorgang zu starten. Wenn Sie den Bildschirm des 3D-Druckers beobachten, notieren Sie sich sorgfältig die Anzahl der gedruckten Schichten und halten Sie das Druckprogramm an, indem Sie während des 3D-Drucks der letzten Schicht des Basissubstrats die Taste Pause drücken. Entfernen Sie die gesamte Bauphase und spülen Sie die Bauphase und das gedruckte Material vorsichtig mit undenaturiertem 100% Ethanol aus einer Waschflasche für 10 Sekunden, um Restharz aus dem 3D-gedruckten Material und der Bauphase zu entfernen.

Trocknen Sie das 3D-gedruckte Material und die Baustufe vorsichtig mit Druckluft, um Restethanol zu entfernen, und setzen Sie dann die Baustufe wieder in den 3D-Drucker ein. Entfernen Sie den Bottich aus dem 3D-Drucker und gießen Sie das restliche Bulk-Harz in einen bernsteinfarbenen Bösewicht und lagern Sie das Abscheuliche an einem kühlen, dunklen Ort. Verwenden Sie unvergälltes 100% Ethanol aus einer Waschflasche und spülen Sie den Bottich vorsichtig ab, um Restharzreste zu entfernen.

Trocknen Sie den Bottich mit einem Druckluftstrom, um Restethanol zu entfernen, und setzen Sie den Bottich wieder in den 3D-Drucker ein. Um eine Oberflächenfunktionalisierung durchzuführen, gießen Sie das zuvor vorbereitete Oberflächenharz in den 3D-Druckerbottich, stellen Sie sicher, dass die Lösung den Bodenfilm ohne Luftblasen oder andere Inhomogenitäten vollständig bedeckt, und schließen Sie dann das 3D-Druckergehäuse. Setzen Sie das 3D-Druckprogramm fort, indem Sie auf die Schaltfläche "Dreieck Wiedergabe" klicken, um die vorgegebene Oberflächenstrukturierung zuzulassen.

Sobald das Druckprogramm abgeschlossen ist, entfernen Sie die Baustufe aus dem 3D-Drucker und waschen Sie sie 10 Sekunden lang mit undenaturiertem 100% Ethanol mit einer Waschflasche, um Restoberflächenharz aus dem 3D-gedruckten Material und der Bauphase zu entfernen. Trocknen Sie das 3D-gedruckte Material vorsichtig mit Druckluft und bauen Sie die Stufe auf, um das Restethanol zu entfernen. Während Sie noch an der Bauphase befestigt sind, härten Sie das Material nach, indem Sie die gesamte Bauphase umkehren und für 15 Minuten unter 405 Nanometer Licht stellen.

Entfernen Sie das oberflächenfunktionalisierte 3D-gedruckte Material vorsichtig aus der Bauphase mit einer dünnen Metallplatte oder einem Farbschaber. Um die Fluoreszenzanalyse durchzuführen, platzieren Sie das 3D-gedruckte oberflächenfunktionalisierte Material unter einer 312 Nanometer ultravioletten Gasentladungslampe an einem dunklen Ort, um sicherzustellen, dass die oberflächenfunktionalisierte Schicht nach oben zeigt. Schalten Sie die Lampe ein, um die Oberflächenschicht kontinuierlich mit 312 Nanometer Licht zu bestrahlen und das Fluoreszenzmuster zu beobachten.

Um die Zugeigenschaftsanalyse durchzuführen, platzieren Sie die knochenförmigen Proben zwischen den Griffen einer Zugprüfmaschine und stellen Sie sicher, dass das 3D-gedruckte Material gleichmäßig in einem Abstand von 50,3 Millimetern platziert wird. Starten Sie das Programm, um Kraft- und Reisedaten zu erfassen. Nach dem 3D-Druck und der Oberflächenfunktionalisierung wurde das Material unter 405-Nanometer-Bestrahlung nachgehärtet.

Es wurde beobachtet, dass die funktionalisierten Materialien gelb, aber sehr transparent mit gut definierten Formen waren. Die funktionalisierten Materialien zeigen im Dunkeln keine Fluoreszenz. Bei ultravioletter Bestrahlung wurde jedoch in den während des Oberflächenfunktionalisierungsschritts mit Licht bestrahlten Regionen eine ortsaufgelöste Oberflächenfluoreszenz beobachtet, die als leicht erhöhtes Yin-Yang-Muster sichtbar ist.

Fluoreszenzbilder zeigten, dass die Unterseite des Materials unter ultravioletter Lichtbestrahlung keine Fluoreszenz zeigte. Die Oberseite des Materials zeigte jedoch eine starke Fluoreszenz im Yin-Yang-Muster. Die mechanischen Eigenschaften der 3D-gedruckten hundeknochenförmigen Proben wurden analysiert und eine Spannungs-Dehnungs-Kurve erhalten.

Das Material zeigte eine elastische Verformung, die eine Streckgrenze von etwa 25 Megapascal lieferte, und dann eine plastische Verformung vor dem Versagen. Die Dehnung in der Pause betrug etwa 12%, während die Belastung in der Pause etwa 22 Megapascal betrug. Der Elastizitätsmodul wurde auf etwa 7 Megapascal berechnet, während die Zähigkeit etwa 115 Megajoule pro Kubikmeter betrug.

Es ist wichtig sicherzustellen, dass der Oberflächenbewohner den Bottichfilm vollständig bedeckt und frei von Luftblasen oder anderen Unvollkommenheiten ist, die zu Abweichungen vom beabsichtigten Oberflächenmuster führen können.