El presente protocolo describe la impresión 3D basada en el procesamiento digital de luz de materiales poliméricos utilizando la polimerización de transferencia de cadena de adición-fragmentación reversible fotoiniciada tipo I y la posterior postfuncionalización de material in situ a través de polimerización mediada por superficie. La impresión 3D fotoinducida proporciona a los materiales propiedades a granel e interfaciales adaptadas de forma independiente y controladas espacialmente.
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Artículo de método
Impresión 3D y modificación de superficies in situ mediante polimerización de transferencia de cadena de adición reversible-fragmentación fotoiniciada tipo I
En este artículo
Resumen
Resumen
La impresión 3D proporciona un acceso fácil a materiales geométricamente complejos. Sin embargo, estos materiales tienen propiedades a granel e interfaciales intrínsecamente vinculadas que dependen de la composición química de la resina. En el trabajo actual, los materiales impresos en 3D se post-funcionalizan utilizando el hardware de la impresora 3D a través de un proceso de polimerización secundario iniciado por la superficie, proporcionando así un control independiente sobre las propiedades del material a granel e interfacial. Este proceso comienza con la preparación de resinas líquidas, que contienen un monómero monofuncional, un monómero multifuncional de reticulación, una especie fotoquímicamente lábil que permite el inicio de la polimerización y, lo que es más importante, un compuesto tiocarboniltio que facilita la polimerización reversible de transferencia de cadena de adición-fragmentación (RAFT). El compuesto tiocarboniltio, conocido comúnmente como agente RAFT, media el proceso de polimerización del crecimiento de la cadena y proporciona materiales poliméricos con estructuras de red más homogéneas. La resina líquida se cura capa por capa utilizando una impresora 3D de procesamiento de luz digital disponible comercialmente para dar materiales tridimensionales con geometrías controladas espacialmente. La resina inicial se retira y se reemplaza con una nueva mezcla que contiene monómeros funcionales y especies fotoiniciantes. El material impreso en 3D se expone a la luz de la impresora 3D en presencia de la nueva mezcla de monómeros funcionales. Esto permite que la polimerización iniciada por la superficie fotoinducida ocurra a partir de los grupos de agentes RAFT latentes en la superficie del material impreso en 3D. Dada la flexibilidad química de ambas resinas, este proceso permite producir una amplia gama de materiales impresos en 3D con propiedades a granel e interfaciales personalizables.
Introducción
La fabricación aditiva y la impresión 3D han revolucionado la fabricación de materiales al proporcionar rutas más eficientes y fáciles para la fabricación de materiales geométricamente complejos1. Además de las libertades de diseño mejoradas en la impresión 3D, estas tecnologías producen menos residuos que los procesos de fabricación sustractivos tradicionales a través del uso juicioso de materiales precursores en un proceso de fabricación capa por capa. Desde la década de 1980, se ha desarrollado una amplia gama de diferentes técnicas de impresión 3D para fabricar componentes poliméricos, metálicos y cerámicos1....
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Protocolo
1. Preparación del programa de impresión 3D y la impresora 3D
- Diseñe el modelo digital para impresión 3D siguiendo los pasos a continuación.
- Abra un programa de diseño asistido por ordenador (consulte la Tabla de materiales).
- En el plano x-y, cree un rectángulo centrado en el origen que tenga dimensiones de 80 mm x 40 mm, luego extruya a lo largo del eje z positivo durante 1,5 mm para hacer un prisma rectangular sólido, llamado objeto base.
- Sobre el objeto base, es decir, a z = 1,5 mm, dibuje los patrones de superficie deseados (en este caso, dos símbolos yin-yang) en la superficie del prisma re....
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Resultados
El procedimiento general para la impresión 3D y la funcionalización de superficies se muestra en la Figura 1. En este protocolo, un polímero de red se sintetiza inicialmente a través de un proceso de polimerización RAFT fotoinducido15, utilizando una impresora 3D para fabricar un objeto en un proceso capa por capa (Figura 1A). La resina a granel utilizada para formar la red de polímeros contiene una especie iniciadora fotolábil (.......
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Discusión
El presente protocolo demuestra un proceso para la impresión 3D de materiales poliméricos con propiedades a granel e interfaciales sintonizables de forma independiente. El procedimiento se realiza a través de un método de dos pasos mediante la impresión 3D del sustrato base y posteriormente la modificación de la capa superficial del objeto impreso en 3D utilizando una resina funcional diferente pero utilizando el mismo hardware de impresión 3D. Si bien las impresoras 3D utilizadas en este trabajo están diseñadas.......
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Divulgaciones
Los autores declaran que no hay conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores reconocen la financiación del Consejo Australiano de Investigación y UNSW Australia a través del programa Discovery Research (DP210100094).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1-pirenemetil metacrilato | Sigma-Aldrich | 765120 | |
| 2-(n-butiltiocarbonotioiltio) ácido propanoico | Boro Molecular | BM1640 | |
| Impresora 3D | Photon | Mono S | intensidad de la luz en la superficie de la máscara digital = 0,81 mW cm-2 |
| Software de corte de impresión 3D | Photon | Photon Photon Workshop V2.1.19 | |
| Baño ultrasónico de 40 kHz | Thermoline | UB-410 | |
| 230142 | aire comprimido | Coregas | que funciona a 130 kPa |
| Programa de diseño asistido por computadora SpaceClaim | SpaceClaim | Gerente de diseño V19.1 | |
| Óxido de difenilo (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina | Sigma-Aldrich 415952 | ||
| Etanol sin desnaturalizar 100% AR | ChemSupply | EL043-2.5L-P | |
| Botella de lavado de etanol | Rowe Scientific | ||
| Fluorescence Imager | Bio-Rad | Gel Doc XR+ | Utiliza una lámpara de descarga de gas de 302 nm como fuente de emisión |
| Medidor de potencia de intensidad lumínica | Newport | 843-R | |
| Probador mecánico | Mark– 10 | ESM303 | 1 kN dinamómetro M5– 200 |
| Película plástica moldeable | Parafilm | PM992 | |
| N,N-dimethlacrylamida | Sigma-Aldrich | 274135 | |
| N,N-Dimetilformamida HPLC | ChemSupply LC1051-G4L | ||
| Diacrilato de poli(etilenglicol) promedio Mn 250 | Sigma-Aldrich | 475629 | |
| Lámpara Post Cure | Leoway | B0869BY79P | 60 W 405 nm |
| Documento de normas | ASTM | Norma ASTM D638-14 | |
| Máquina de ensayos de tracción | Mark-10 | ||
| UV Light | Fisher Scientific | 11-982-30 | 6 W Spectroline E-Series, Lámpara de descarga de gas |
| Mezclador de vórtice IKA Vortex 3 | LabTek | 3340000I |
Referencias
- Ligon, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mülhaupt, R. Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing. Chemical Reviews. 117 (15), 10212-10290 (2017).
- Lewis, J. A. Direct ink writing of 3D functional materials. Advanced Functional Materials. 16
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Reimpresiones y permisos
