タイプI光開始可逆的付加フラグメンテーション連鎖移動重合による3DプリンティングおよびIn Situ表面改質

本プロトコルは、タイプI光開始可逆的付加断片化連鎖移動重合およびそれに続く表面媒介重合を介したin situ材料後官能化を用いたポリマー材料のデジタル光処理ベースの3D印刷を記載する。光誘起3Dプリンティングは、材料に独立して調整され、空間的に制御されたバルクおよび界面特性を提供します。

このプロトコルにより、3Dプリントされた材料のバルク特性と界面特性を独立して調整することができます。これにより、複雑な3Dプリント材料の設計と製造の柔軟性が向上します。この技術は、厳しい反応条件を必要とせず、市販の装置を用いて行うことができる。

その結果、この技術により、複雑な3Dプリント材料の製造が大幅に容易になります。まず、0.36グラムのBTPAを清潔な50ミリリットルの琥珀色のバイアルに重さしてバルク樹脂を準備します。13.63ミリリットルのポリエチレングリコールジアクリレートおよび14.94ミリリットルのDMAmをマイクロピペットを用いてアンバーバイアルに加える。

アルミホイルで覆われた別の20ミリリットルのきれいなガラスバイアルに、0.53グラムのTPOを加えます。マイクロピペットを使用して、TPOを含む20ミリリットルのガラスバイアルに10ミリリットルのDMAmを加え、キャップを使用してバイアルを密封する。DMAm中のTPOの溶液をボルテックスミキサーを用いて10秒間混合し、次いで標準的な実験室ソニックバスを用いて混合物を室温で2分間超音波処理することによって完全に均質化する。

ガラスピペットおよびゴム製ピペットバルブを使用して、溶液を20ミリリットルのガラスバイアルから50ミリリットルのアンバーバイアルに移し、バイアルをキャップおよび成形可能なプラスチックフィルムで密封する。50ミリリットルの琥珀色のバイアルを静かに振盪し、次いでバイアルを室温で2分間ソニックバスに入れ、混合物が均質であることを確認する。バルク樹脂で満たされた密封された琥珀色のバイアルを、後で使用するためにヒュームフードに入れます。

バルク樹脂の調製のために前述のように表面樹脂を準備する。表面樹脂を調製した後、表面樹脂を充填した密封された琥珀色の卑劣さをヒュームフードに入れ、後で使用する。3Dプリントを行うには、以前に準備したバルク樹脂を3Dプリンタバットに注ぎ、溶液が気泡やその他の不均一性なしにバットの底部フィルムを完全に覆っていることを確認してから、3Dプリンタケースを閉じます。

3Dプリンタの画面を使用してUSBをナビゲートし、三角形の[再生]ボタンをクリックしてスライスされたモデルファイルを選択し、3D印刷プロセスを開始します。3Dプリンタの画面を見て、印刷された層数に注意し、ベース基板の最後の層の3D印刷中に2本の垂直線一時停止ボタンを押して印刷プログラムを一時停止します。ビルドステージ全体を取り外し、ビルドステージと印刷物を未変性の100%エタノールで洗浄ボトルから10秒間穏やかにすすぎ、3Dプリント材料とビルドステージから残留バルク樹脂を除去します。

圧縮空気を使用して、3Dプリントされた材料とビルドステージを静かに乾燥させて残留エタノールを除去し、ビルドステージを3Dプリンタに再挿入します。3Dプリンタからバットを取り外し、残りのバルクレジンを琥珀色の卑劣な場所に注ぎ、低俗な場所に保管します。洗浄ボトルから未変性の100%エタノールを使用して、バットを慎重にすすぎ、残留バルク樹脂を除去します。

圧縮空気の流れを使ってバットを乾燥させ、残留エタノールを除去し、バットを3Dプリンタに再挿入します。表面機能化を行うには、以前に準備した表面樹脂を3Dプリンタバットに注ぎ、溶液が気泡やその他の不均一性なしで底部フィルムを完全に覆っていることを確認し、3Dプリンタケースを閉じます。三角形の [再生] ボタンをクリックして 3D 印刷プログラムを再開し、所定のサーフェス パターニングを実行できるようにします。

印刷プログラムが完了したら、3Dプリンタからビルドステージを取り外し、洗浄ボトルを使用して未変性の100%エタノールで10秒間洗浄し、3Dプリント材料とビルドステージから残留表面樹脂を除去します。圧縮空気を使用して、3Dプリントされた材料を静かに乾燥させ、残留エタノールを除去するためのステージを構築します。ビルドステージに取り付けたまま、ビルドステージ全体を反転させ、405ナノメートルの光の下に15分間置くことで、材料をポストキュアします。

薄い金属板またはペイントスクレーパーを使用して、表面機能化された3Dプリント材料をビルドステージから慎重に取り外します。蛍光分析を行うには、3Dプリントされた表面機能化材料を暗い場所の312ナノメートルの紫外線ガス放電ランプの下に置き、表面官能化層が上を向いていることを確認します。ランプを点灯させて、表層に312ナノメートルの光を連続的に照射し、蛍光パターンを観察します。

引張特性解析を行うには、犬の骨型試験片を引張試験機のグリップの間に配置して、3D プリントされた材料が 50.3 mm の距離に均等に配置されていることを確認します。プログラムを開始して、力対移動データを取得します。3D印刷および表面官能化の後、材料を405ナノメートル照射下で後硬化させた。

官能化された材料は黄色であるが、明確に定義された形状を有する非常に透明であることが観察された。官能化された材料は、暗闇の中で蛍光を示さない。しかし、紫外線照射の際、表面官能化工程中に光を照射した領域に空間的に分解された表面蛍光が観察され、やや隆起した陰陽パターンとして見える。

蛍光画像は、材料の下側が紫外光照射下で蛍光を示さなかったことを示した。しかし、材料の上面側は陰陽パターンで強い蛍光を示した。3Dプリントされた犬の骨形サンプルの機械的特性を分析し、応力-ひずみ曲線が得られた。

材料は弾性変形を示し、約25メガパスカルの降伏応力を提供し、その後、破損前に塑性変形を示した。破断伸度は約12%で、破断応力は約22メガパスカルであった。ヤング率は約7メガパスカルと計算され、靭性は1立方メートルあたり約115メガジュールであった。

表面居住者がバットフィルムを完全に覆い、意図した表面パターンからの逸脱につながる可能性のある気泡やその他の欠陥がないことを確認することが重要です。