Name: Stereolitograficzny druk 3D z odnawialnymi akrylanami (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Poznaj stereolitografię z odnawialnymi żywicami akrylowymi do zrównoważonej produkcji addytywnej. Metoda obejmuje formułowanie żywicy, drukowanie 3D oraz obróbkę powysznytową prototypów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie było wspierane przez GreenPAC Polymer Application Centre w ramach Projektu 140413: "Druk 3D w produkcji". Chcielibyśmy podziękować Albertowi Hartmanowi, Corinne van Noordenne, Rensowi van Leeuwenowi, Anniek Bruins, Femke Tamminga, Jurowi van Dijkenowi i Albertowi Woortmanowi za ułatwienie kręcenia filmu.

UWAGA: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem.
1. Przygotowanie żywicy fotoutwardzalnej
UWAGA: Proszę używać osobistego sprzętu ochronnego (okulary ochronne, rękawice, fartuch laboratoryjny) podczas następującej procedury. Zobacz naszą poprzednią stronę work12, aby uzyskać więcej informacji na temat tej sekcji.
<ol>
	<li>Wlać 50 g dikrylanu 1,10-dekanodiolu (SA5201) do kolby Erlenmeyera o pojemności 500 ml.</li>
	<li>Dodać 1,0 g tlenku difenylo(2,4,6-trimetylobenzoilo)fosfiny (TPO) i 0,40 g 2,5-bis(5-tert-butylo-benzoksazol-2-ylo)tiofenu (BBOT) do kolby.</li>
	<li>Wyposażyć kolbę w mieszadło mechaniczne i mieszać mieszaninę z prędkością 200 obr./min przez 5 minut w temperaturze pokojowej w celu rozpuszczenia TPO i BBOT w monomerze akrylanowym.</li>
	<li>Do mieszaniny dodać 100 g tetraakrylanu pentaerytrytolu i 100 g wielofunkcyjnego akrylanu epoksydowego (patrz tabela materiałów).</li>
	<li>Mieszać mieszaninę przy 200 obr./min przez 30 min w temperaturze 50 °C, aby uzyskać jednorodną żywicę.</li>
	<li>Wyjąć mieszadło mechaniczne i założyć kolbę z korkiem. Kolba jest owinięta folią aluminiową w celu ochrony biopochodnej akrylowej żywicy fotopolimerowej (BAPR) przed światłem. 
	UWAGA: W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	<li>Przykryj dolną płytkę reometru geometrią płytki równoległej za pomocą fotożywicy.</li>
	<li>Ustaw odstęp między płytkami na 1 mm i przykryj reometr kapturem odpornym na promieniowanie UV.</li>
	<li>Zmierz lepkość żywicy w temperaturze pokojowej przy szybkości ścinania od 0,1 do 100 s-1; np. 0,100, 0,126, 0,158, 0,200, 0,251, 0,316, 0,398, 0,501, 0,631, 0,794, 1,00, 1,26, 1,58, 2,00, 2,51, 3,16, 3,98, 5,01, 6,31, 7,94, 10,0, 12,6, 15,8, 20,0, 25,1, 31,6, 39,8, 50,1, 63,1, 79,4 i 100 s-1.</li>
</ol>
2. Stereolitograficzny druk 3D z akrylanami pochodzenia biologicznego
UWAGA: Zobacz naszą poprzednią stronę work12, aby uzyskać więcej informacji na temat tej sekcji.
<ol>
	<li>Włącz drukarkę 3D SLA i wybierz tryb otwarty.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie do przygotowywania modeli na komputerze. Wybierz żądane ustawienia druku: materiał (Clear), wersję (V4) i grubość warstwy (50 μm).</li>
	<li>Otwórz cyfrowy model prototypu o złożonym kształcie, plik standardowego języka teselacji (.stl) (patrz Dodatkowy plik kodowania) i wybierz lokalizację i orientację na platformie konstrukcyjnej. Prześlij zadanie drukowania z oprogramowania do przygotowania modelu do drukarki 3D SLA. 
	UWAGA: W zależności od architektury produktu, konstrukcja nośna może być zintegrowana z modelem 3D w celu ustabilizowania konstrukcji podczas produkcji. W przypadku pokazanego tutaj prototypu o złożonym kształcie, konstrukcja wsporcza nie jest wymagana, jeśli jest drukowana prostopadle do kierunku budowy.</li>
	<li>Wlej 200 ml biopochodnej fotożywicy do zbiornika na żywicę. Otwórz drukarkę 3D i prawidłowo zamontuj zbiornik na żywicę.</li>
	<li>Zamontuj platformę roboczą i zamknij drukarkę 3D.</li>
	<li>Rozpocznij zadanie drukowania.</li>
	<li>Pozwól drukarce 3D wytwarzać prototypy o skomplikowanych kształtach. Nie otwieraj drukarki, dopóki zadanie drukowania nie zostanie zakończone. 
	UWAGA: Przed drukowaniem upewnij się, że drukarka 3D jest wypoziomowana. Dla zademonstrowanego protokołu długość fali lasera UV wynosi 405 nm. Czas wydruku obiektu wynosi 2,5 h.</li>
</ol>
3. Obróbka końcowa obiektów drukowanych w 3D
UWAGA: Proszę używać osobistego sprzętu ochronnego (okulary ochronne, rękawice) podczas następującej procedury.
<ol>
	<li>Po zakończeniu zadania drukowania otwórz drukarkę. Zdejmij platformę roboczą z przymocowanymi wyprodukowanymi częściami i zamknij drukarkę.</li>
	<li>Otwórz stację mycia napełnioną alkoholem izopropylowym i włóż platformę roboczą. Rozpocznij procedurę i płucz przez 20 minut, aby usunąć nieprzereagowaną żywicę.</li>
	<li>Po zakończeniu procedury płukania zdejmij platformę roboczą ze stacji mycia i odłącz prototypy od platformy roboczej.</li>
	<li>Pozostaw prototypy do wyschnięcia na powietrzu przez 30 minut. W międzyczasie rozgrzej piekarnik UV do 60 °C. 
	UWAGA: Podgrzewanie zajmie co najmniej 15 minut. Długość fali UV pieca wynosi 405 nm, identyczna z długością fali lasera SLA.</li>
	<li>Otwórz piec UV i szybko umieść prototypy na obrotowej platformie. Zamknij piec UV i utwardzaj przez 60 minut w temperaturze 60 °C, aby zapewnić całkowitą konwersję.</li>
	<li>Po zakończeniu procedury utwardzania otwórz piec UV i wyjmij prototypy.</li>
</ol>
4. Charakterystyka morfologii powierzchni prototypów o skomplikowanych kształtach
UWAGA: Zobacz naszą poprzednią stronę work12, aby uzyskać więcej informacji na temat tej sekcji.
<ol>
	<li>Wytnij ok. 1 cm wewnętrznej spirali z prototypu o skomplikowanym kształcie za pomocą żyletki.</li>
	<li>Przymocuj próbkę do uchwytu próbki za pomocą dwustronnej taśmy węglowej przewodzącej.</li>
	<li>Przed obrazowaniem należy pokryć próbkę 30 nm Pt/Pd (80:20) w systemie rozpylania.</li>
	<li>Wprowadzić próbkę do skaningowego mikroskopu elektronowego pracującego przy napięciu przyspieszającym 5 kV. Zrób kilka zdjęć próbki w powiększeniu 30x i 120x.</li>
</ol>

<ol><li>Van Wijk, A., van Wijk, I. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVan+Wijk%2C+A+%223D+Printing+with+Biomaterials%3A+Towards+a+Sustainable+and+Circular+Economy%22">3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy</a>. , IOS Press. Amsterdam. (2015).</li>
<li>Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+3D+Printing+and+Its+Potential+Impact+on+Biotechnology+and+the+Chemical+Sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Evaluation of 3D Printing and Its Potential Impact on Biotechnology and the Chemical Sciences.</a> Analytical Chemistry. 86, 3240-3253 (2014).</li>
<li>Chia, H. N., Wu, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+3D+printing+of+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Engineering%22%5BJournal%5D)">Recent advances in 3D printing of biomaterials.</a> Journal of Biological Engineering. 9, 4(2015).</li>
<li>Mechels, F. P. W., Feijen, J., Grijpma, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+stereolithography+and+its+applications+in+biomedical+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering.</a> Biomaterials. 31, 6121-6130 (2010).</li>
<li>Skoog, S. A., Goering, P. L., Narayan, R. J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24306145">Stereolithography in tissue engineering.</a> Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 25, 845-856 (2014).</li>
<li>Bhatia, S. K., Ramadurai, K. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBhatia%2C+SK+%223D+Printing+and+Bio-Based+Materials+in+Global+Health%22">3D Printing and Bio-Based Materials in Global Health</a>. , Springer. Cham. (2017).</li>
<li>Oskui, S. M., Diamante, G., Liao, C., Shi, W., Gan, J., Schlenk, D., Grover, W. H. <a target="_blank" href="https://cdn-pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.5b00249">Assessing and Reducing the Toxicity of 3D-Printed Parts.</a> Environmental Science & Technology Letters. 3, 1-6 (2016).</li>
<li>Gong, H., Beauchamp, M., Perry, S., Woolley, A. T., Nordin, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+approach+to+resin+formulation+for+3D+printed+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Optical approach to resin formulation for 3D printed microfluidics.</a> RSC Advances. 5, 106621-106632 (2015).</li>
<li>Zarek, M., Layani, M., Cooperstein, I., Sachyani, E., Cohn, D., Magdassi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+shape+memory+polymers+for+flexible+electronic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">3D printing of shape memory polymers for flexible electronic devices.</a> Advanced Materials. 28, 4449-4454 (2016).</li>
<li>Ligon-Auer, S. C., Schwentenwein, M., Gorsche, C., Stampfl, J., Liska, R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/py/c5py01631b">Toughening of photo-curable polymer networks: A review.</a> Polymer Chemistry. 7, 257-286 (2016).</li>
<li>Miao, S., Zhu, W., Castro, N. J., Nowicki, M., Zhou, X., Cui, H., Fisher, J. P., Zhang, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((4D+printing+smart+biomedical+scaffolds+with+novel+soybean+oil+epoxidized+acrylate%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">4D printing smart biomedical scaffolds with novel soybean oil epoxidized acrylate.</a> Scientific Reports. 6, 27226(2016).</li>
<li>Voet, V. S. D., Strating, T., Schnelting, G. H. M., Dijkstra, P., Tietema, M., Xu, J., Woortman, A. J. J., Loos, K., Jager, J., Folkersma, R. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsomega.7b01648">Biobased acrylate photocurable resin formulation for stereolithographic 3D printing.</a> ACS Omega. 3, 1403-1408 (2018).</li>
<li>Ligon-Auer, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mülhaupt, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymers+for+3D+Printing+and+Customized+Additive+Manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing.</a> Chemical Reviews. 117, 10212-10290 (2017).</li>
<li>Weng, Z., Zhou, Y., Lin, W., Senthil, T., Wu, L. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X16301725">Structure-property relationship of nano enhanced stereolithography resin for desktop SLA 3D printer.</a> Composites: Part A. 88, 234-242 (2016).</li>
<li>Scalera, F., Esposito Corcione, C., Montagna, F., Sannino, A., Maffezzoli, A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884214010165">Development and characterization of UV curable epoxy/hydroxyapatite suspensions for stereolithography applied to bone tissue engineering.</a> Ceramics International. 40, 15455-15462 (2014).</li>
<li>Lee, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro+3D+Printing+using+a+digital+projector+and+its+application+in+the+study+of+soft+materials+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Micro 3D Printing using a digital projector and its application in the study of soft materials mechanics.</a> Journal of Visualized Experiments. (69), e4457(2012).</li>
<li>Huemer, K., Squirrell, J. M., Swader, R., Pelkey, K., LeBert, D. C., Huttenlocher, A., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+live+imaging+device+for+improved+experimental+manipulation+of+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Long-term live imaging device for improved experimental manipulation of zebrafish larvae.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e56340(2017).</li>
<li>Decker, C. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pi.821">Light-induced crosslinking polymerization.</a> Polymer International. 51, 1141-1150 (2002).</li>
<li>Elliot, J. E., Bowman, C. N. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1081/PRE-120002902">Predicting network formation of free radical polymerization of multifunctional monomers.</a> Polymer Reaction Engineering. 10, 1-19 (2002).</li>
<li>Ellakwa, A., Cho, N., Lee, I. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+resin+matrix+composition+on+the+polymerization+shrinkage+and+rheological+properties+of+experimental+dental+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Dental+Materials%22%5BJournal%5D)">The effect of resin matrix composition on the polymerization shrinkage and rheological properties of experimental dental composites.</a> Dental Materials. 23, 1229-1235 (2007).</li>
<li>Charton, C., Falk, V., Marchal, P., Pla, F., Colon, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+Tg%2C+viscosity+and+chemical+structure+of+monomers+on+shrinkage+stress+in+light-cured+dimethacrylate-based+dental+resins%5BTitle%5D)+AND+%22Dental+Materials%22%5BJournal%5D)">Influence of Tg, viscosity and chemical structure of monomers on shrinkage stress in light-cured dimethacrylate-based dental resins.</a> Dental Materials. 23, 1447-1459 (2007).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Produkcja addytywna jest stosowana w wytwarzaniu prototypów na zamówienie i małych serii, kiedy wyższe koszty produkcji części mogą konkurować z konwencjonalnymi procesami, ponieważ nie ma potrzeby produkcji form i narzędzi. W ciągu ostatniej dekady przychody z usług i produktów związanych z wytwarzaniem przyrostowym wzrosły wykładniczo13. Największy udział w sprzedaży materiałów mają fotopolimery. Wzrost ten przyciągnął uwagę i zapoczątkował inwestycje głównych gałęzi przemysłu, np . lot...

Szybkie prototypowanie umożliwia swobodę produkcji i projektowania na żądanie oraz pozwala na efektywne wytwarzanie konstrukcji 3D warstwa po warstwie1. W rezultacie, druk 3D jako technika wytwarzania szybko się rozwinął w ostatnich latach2. Dostępne są różne technologie, z których wszystkie opierają się na translacji modeli wirtualnych na obiekty fizyczne i zastosowaniu procesów takich jak wytłaczanie, bezpośrednie osadzanie energii, krzepnięcie proszku, laminowanie arkuszy i fotopolimeryzacja. Ta ostatnia polega na stopniowym utwardzaniu UV płynnych żywic fotopolimerowych. W 1986 roku Hull i jego współpracownicy opracowali aparat stereolitograficzny (SLA), drukarkę 3D opartą na laserze UV. Niedawno dostępny jest podobny proces zwany cyfrowym przetwarzaniem światła (DLP), w którym fotopolimeryzacja jest inicjowana przez projektor światła. Razem DLP i SLA są określane jako stereolitografia druku 3D3.
SLA jest stosowane w prototypowaniu i produkcji urządzeń biomedycznych w wysokiej rozdzielczości4,5. Technologia ta jest lepsza od powszechnie stosowanego modelowania osadzania topionego (FDM) pod względem dokładności, wykończenia powierzchni i rozdzielczości6. W zależności od architektury produktu, konstrukcja wsporcza jest zintegrowana z modelem 3D w celu ustabilizowania konstrukcji podczas produkcji. Ponadto wymagana jest obróbka po druku wyprodukowanych części7,8. Zazwyczaj drukowane obiekty są myte w kąpieli alkoholowej w celu rozpuszczenia nieprzereagowanej żywicy, a następnie utwardzanie w piecu UV jest wykonywane w celu zagwarantowania pełnej konwersji polimeryzacji9.
Ogólnie rzecz biorąc, żywice do wytwarzania przyrostowego opartego na litografii opierają się na systemach fotoutwardzalnych zawierających wielofunkcyjne akrylany lub epoksydy10. Obecne żywice fotopolimerowe na rynku komercyjnym są oparte na paliwach kopalnych i drogie, podczas gdy dostępność tanich żywic odnawialnych jest potrzebna, aby ułatwić bezodpadową i lokalną produkcję zrównoważonych produktów 3D dla gospodarki opartej na biotechnologii1,6. Niedawno opracowano żywice fotopolimerowe na bazie odnawialnych akrylanów, które z powodzeniem zastosowano w stereolitografii Druk 3D11,12. W tym szczegółowym protokole demonstrujemy szybkie prototypowanie z żywicami pochodzenia biologicznego na komercyjnym aparacie stereolitograficznym. Szczególną uwagę zwrócono na kluczowe etapy procedury, tj. formułowanie żywicy i obróbkę po drukowaniu, aby pomóc początkującym praktykom w dziedzinie wytwarzania przyrostowego.

<table><tbody><tr><td>Akrylan izobornylu&nbsp;</td><td>Sartomer</td><td>SA5102</td><td>Monomer akrylanowy</td></tr><tr><td>1,10-dekanodiol diakrylan</td><td>Sartomer</td><td>SA5201</td><td>Monomer akrylanowy</td></tr><tr><td>Pentaerytrytol tetraakrylowy</td><td>Sartomer</td><td>SA5400</td><td>Monomer akrylowy</td></tr><tr><td>Wielofunkcyjny akrylan epoksydowy</td><td>Sartomer</td><td>SA7101</td><td>Oligomer akrylowy</td></tr><tr><td>Tlenek fosfiny (TPO)(2,4,6-trimetylobenzoilo)(TPO), 97%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>415952</td><td>Fotoinicjator</td></tr><tr><td>2,5-bis(5-tert-butyl-benzoksazol-2-ylo)tiofen (BBOT), 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>223999</td><td>Absorber optyczny</td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy (IPA), 99%</td><td>Bleko</td><td>1010500</td><td>Do kąpieli alkoholowej (stosowany w formie Wash)</td></tr><tr><td>Paar Physica MCR300&nbsp;</td><td>Reometr Anton Paar</td><td></td> <td>z równoległą geometrią płyty</td></tr><tr><td>Drukarka Form 2 Drukarka</td> 3D <td>Formlabs-Desktop</td><td></td> <td>SLA</td></tr><tr><td>Form Wash&nbsp;</td><td>Formlabs-Stacja</td><td></td> <td>myjąca</td></tr><tr><td>Form Cure</td><td>Formlabs-Piec</td><td></td> <td>UV</td></tr><tr><td>Instron 4301 1KN Seria IX</td><td>Instron-Uniwersalna</td><td></td> <td>maszyna wytrzymałościowa</td></tr><tr><td>Philips XL30 ESEM-FEG&nbsp;</td><td></td><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td> <td>Philips</td></tr></tbody></table>

stereolitograficzny druk 3d z odnawialnymi akrylanami

Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates

Dostępność konkurencyjnych kosztowo materiałów odnawialnych i ich zastosowanie w produkcji addytywnej jest niezbędne dla efektywnej gospodarki opartej na biologii. Demonstrujemy szybkie prototypowanie zrównoważonych żywic przy użyciu stereolitograficznej drukarki 3D. Formułowanie żywicy odbywa się poprzez proste mieszanie biopochodnych monomerów i oligomerów akrylanowych z fotoinicjatorem i absorberem optycznym. Lepkość żywicy jest kontrolowana przez stosunek monomeru do oligomeru i jest określana jako funkcja szybkości ścinania za pomocą reometru o równoległej geometrii płytki. Aparat stereolitograficzny naładowany żywicami pochodzenia biologicznego jest wykorzystywany do wytwarzania prototypów o skomplikowanych kształtach z dużą dokładnością. Produkty wymagają obróbki końcowej, w tym płukania alkoholem i naświetlania promieniami UV, aby zapewnić całkowite utwardzenie. Wysoka rozdzielczość cech i doskonałe wykończenie powierzchni prototypów ujawniają się za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

W Tabeli 1 przedstawiono cztery reprezentatywne składy żywic wraz z ich średnią zawartością węgla pochodzenia biologicznego (BC), obliczoną na podstawie poszczególnych wartości BC składników. Lepkość żywicy (Rysunek 1) zależy od stosunku monomerów i oligomerów akrylowych i zazwyczaj wykazuje zachowanie newtonowskie. Właściwości mechaniczne części wykonanych z różnych żywic określono za pomocą analizy naprężenie-odkształcenie. Na <strong class...

Przedstawiono protokół wytwarzania przyrostowego z wykorzystaniem odnawialnych żywic fotopolimerowych na aparacie stereolitograficznym.

Stereolitograficzny druk 3D z odnawialnymi akrylanami

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. ...

Metoda ta może pomóc w zrozumieniu kluczowych zagadnień z zakresu wytwarzania przyrostowego, takich jak formułowanie żywicy i obróbka po druku. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona dokładne wytwarzanie zrównoważonych produktów na żądanie. Ta metoda zapewni wgląd w stereolitografię laserową, ale może być również zastosowana do innych technik druku 3D, takich jak cyfrowe przetwarzanie światła.Na początek wlej 50 gramów 1,10-dekanodiolu diakrylanu do 500-mililitrowej kolby Erlenmeyera. Dodać 1,0 g TPO i 0,40 g BBOT do kolby. Wyposażyć kolbę Erlenmeyera w mieszadło mechaniczne i mieszać mieszaninę z prędkością 200 obr./min przez pięć minut w temperaturze pokojowej w celu rozpuszczenia TPO i BBOT w monomerze akrylanowym.Do mieszaniny dodać 100 gramów tetraakrylanu pentaerytrytrolu i 100 gramów wielofunkcyjnego akrylanu epoksydowego. Teraz mieszaj mieszaninę z prędkością 200 obr./min przez 30 minut w temperaturze 50 stopni Celsjusza, aby uzyskać jednorodną żywicę. Wyjąć mieszadło mechaniczne i założyć kolbę z korkiem.Owiń kolbę folią aluminiową, aby chronić biopochodną akrylową żywicę fotopolimerową przed światłem. Teraz przykryj dolną płytkę reometru charakteryzującego się geometrią płytki równoległej fotożywicą. Ustaw odstęp między płytkami na jeden milimetr i przykryj reometr kapturem odpornym na promieniowanie UV.Zmierz lepkość żywicy w temperaturze pokojowej przy szybkości ścinania od 0,1 do 100 sekund odwrotnych. Włącz drukarkę 3D SLA i wybierz tryb otwarty. W zależności od architektury produktu, konstrukcja nośna może być zintegrowana z modelem 3D w celu ustabilizowania konstrukcji podczas produkcji.Uruchom oprogramowanie do przygotowywania modeli na komputerze. Aby wybrać żądane ustawienia drukowania, wybierz opcję Przezroczysty dla materiału, wersji V4 i grubości warstwy 50 mikronów. Otwórz cyfrowy model prototypu o złożonym kształcie, który jest standardowym plikiem języka tesselacji, a następnie wybierz lokalizację i orientację na platformie konstrukcyjnej.Prześlij zadanie drukowania do drukarki 3D SLA. Teraz wlej 200 mililitrów fotożywicy na bazie biologicznej do zbiornika z żywicą. Otwórz drukarkę 3D i prawidłowo zamontuj zbiornik na żywicę.Zamontuj platformę roboczą i zamknij drukarkę 3D. Po przygotowaniu drukarki 3D rozpocznij zadanie drukowania. Pozwól drukarce 3D wytwarzać prototypy o skomplikowanych kształtach.Nie otwieraj drukarki, dopóki zadanie drukowania nie zostanie zakończone. W przypadku zademonstrowanego protokołu długość fali lasera UV wynosi 405 nanometrów. Czas wydruku obiektu wynosi 2,5 godziny i jest on tutaj pokazany w przyspieszonym tempie.Po zakończeniu zadania drukowania otwórz drukarkę. Zdejmij platformę roboczą z podłączonymi wyprodukowanymi częściami i zamknij drukarkę. Otwórz stację mycia wypełnioną alkoholem izopropylowym i włóż platformę roboczą.Rozpocznij procedurę i płucz przez 20 minut, aby usunąć nieprzereagowaną żywicę. Po zakończeniu procedury płukania zdejmij platformę roboczą ze stacji mycia i odłącz prototypy od platformy roboczej. Pozostaw prototypy do wyschnięcia na powietrzu przez 30 minut.W międzyczasie rozgrzej piekarnik UV do 60 stopni Celsjusza. Otwórz piec UV i szybko umieść prototypy na obrotowej platformie. Zamknij piekarnik UV i utwardzaj przez 60 minut w temperaturze 60 stopni Celsjusza, aby zapewnić całkowitą konwersję.Po zakończeniu procedury utwardzania otwórz piec UV i wyjmij prototypy. Aby scharakteryzować morfologię powierzchni prototypów o skomplikowanych kształtach, wytnij około jednego centymetra wewnętrznej spirali z prototypu o złożonym kształcie za pomocą żyletki. Przymocuj próbkę do uchwytu próbki za pomocą dwustronnej taśmy przewodzącej węgiel.Przed obrazowaniem należy pokryć próbkę 30 nanometrami palladu platynowego w systemie rozpylania. Teraz włóż próbkę do skaningowego mikroskopu elektronowego działającego przy przyspieszającym napięciu pięciu pięciu kilowoltów. Zrób kilka zdjęć próbki w powiększeniu 30x i 120x.Lepkość żywicy odnawialnej jest istotnym parametrem w procesie drukowania 3D i jest kontrolowana przez stosunek monomeru do oligomeru. Zazwyczaj szybkość ścinania wynosząca 100 sekund odwrotnych jest osiągana podczas ponownego powlekania płynnej żywicy w procesie drukowania. Wszystkie biożywice mają lepkość poniżej pięciu paskali sekundy i nadają się do stosowania w urządzeniach do druku stereolitograficznego.Poniżej przedstawiono reprezentatywne wyniki dotyczące zachowania mechanicznego obiektów wydrukowanych z różnych biożywic, w tym wytrzymałości na rozciąganie i modułu e. Jednak optymalizacja obróbki po wydrukowaniu poprzez zmianę czasu prania, suszenia, utwardzania i temperatury utwardzania może prowadzić do znacznej poprawy wydajności mechanicznej. Gładka powierzchnia i wysoka rozdzielczość cech prototypów o skomplikowanych kształtach ujawnia się pod mikroskopem elektronowym.Ząbkowane pionowe krawędzie helis powstają w procesie drukowania SLA warstwa po warstwie, w którym górna część naświetlanej warstwy otrzymuje większą dawkę promieniowania UV w porównaniu z tylną częścią warstwy. Stopień pękania powierzchni jest związany z początkową lepkością żywicy. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę do zastosowania konkurencyjnych kosztowo biożywic w celu ułatwienia bezodpadowej i lokalnej produkcji zrównoważonych produktów.Nie zapominaj, że praca z akrylanami może być niebezpieczna. Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze podejmować środki ostrożności, takie jak noszenie okularów i rękawic ochronnych.

stereolithographic-3d-printing-with-renewable-acrylates

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano płaski oraz trójwymiarowy druk z użyciem przewodzących tuszy metalicznych. Nasze podejście otwiera nowe możliwości wytwarzania drukowanych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych o nietypowych układach w skali mikro.

Planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Bioprinter został użyty do stworzenia wzorzystych hydrożeli na bazie formy ofiarnej.  Formę poloksamerową zasypano drugim hydrożelem, a następnie wymywano, pozostawiając puste przestrzenie, które wypełniono trzecim hydrożelem. Metoda ta wykorzystuje szybką elucję i dobrą drukowność poloksamera do generowania złożonych architektur z biopolimerów.

Drukowanie termoczułych form odwróconych do tworzenia wzorzystych dwuskładnikowych hydrożeli do hodowli komórkowych 3D

Innowacyjna technika biofabrykacji została opracowana w celu inżynierii trójwymiarowych konstrukcji, które przypominają cechy architektoniczne, komponenty i właściwości mechaniczne tkanki in vivo. Technika ta wykorzystuje nowo opracowany materiał protektorowy, kauczuk BSA, który przenosi szczegółowe cechy przestrzenne, odtwarzając architekturę in vivo szerokiej gamy tkanek.

Trójwymiarowa technologia biomimetyczna: nowatorski biokauczuk tworzy zdefiniowane architektury w mikro i makroskali w hydrożelach kolagenowych

Fizyczne modele biomolekuł mogą ułatwić badaczowi zrozumienie ich struktury-funkcji, pomóc w komunikacji między badaczami i służyć jako narzędzie edukacyjne w przedsięwzięciach pedagogicznych. Tutaj przedstawiamy szczegółowe wskazówki dotyczące drukowania 3D dokładnych modeli biomolekuł przy użyciu stacjonarnych drukarek 3D do produkcji topionych włókien.

Druk 3D modeli biomolekularnych do badań i pedagogiki

Ten protokół opisuje produkcję filamentu polikaprolaktonu (PCL) z wbudowanymi mikrosferami kwasu polimlekowego (PLA), które zawierają matryce decelularyzowane (DM) do druku 3D strukturalnych konstrukcji inżynierii tkankowej.

Nowatorski proces druku 3D matryc bezkomórkowych

Przedstawiamy procedurę wysoce kontrolowanego i pozbawionego zmarszczek transferu cienkich warstw kopolimeru blokowego na porowate podłoża za pomocą wydrukowanej w 3D komory drenażowej. Konstrukcja studzienki odpływowej ma ogólne znaczenie dla wszystkich procedur obejmujących przenoszenie warstw makromolekularnych na porowate podłoża, co zwykle odbywa się ręcznie w niepowtarzalny sposób.

Procedura przenoszenia folii polimerowych na porowate podłoża ze zminimalizowanymi wadami

Powlekanie wirowe, druk polyjet i modelowanie osadzania topionego są zintegrowane w celu wytworzenia wielowarstwowych heterogenicznych fantomów, które symulują strukturalne i funkcjonalne właściwości tkanki biologicznej.

Multimodalny druk 3D fantomów symulujący tkankę biologiczną

Fizyczne modelowanie systemów mikroskopijnych pomaga uzyskać wgląd, który jest trudny do uzyskania w inny sposób. Aby ułatwić budowę fizycznych modeli molekularnych, pokazujemy, w jaki sposób druk 3D może być wykorzystany do składania funkcjonalnych modeli makroskopowych, które w sposób dotykowy oddają cechy układów molekularnych.

Interaktywny montaż modelu molekularnego z drukiem 3D

Obecny protokół opisuje cyfrowy druk 3D materiałów polimerowych oparty na przetwarzaniu światła przy użyciu fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I i późniejszej post-funkcjonalizacji materiału in situ poprzez polimeryzację za pośrednictwem powierzchni. Fotoindukowany druk 3D zapewnia materiałom niezależnie dopasowane i kontrolowane przestrzennie właściwości sypkie i międzyfazowe.

Druk 3D i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I

Ten artykuł opisuje, jak drukować biożele 3D fototostrajalne hydrożele do badania usztywnienia macierzy zewnątrzkomórkowej i aktywacji fibroblastów.

Biodruk 3D fotoprzestrajalnych hydrożeli do badania aktywacji fibroblastów

Poznaj stereolitografię z odnawialnymi żywicami akrylowymi do zrównoważonej produkcji addytywnej. Metoda obejmuje formułowanie żywicy, drukowanie 3D oraz obróbkę powysznytową prototypów.

Stereolitograficzny druk 3D z odnawialnymi akrylanami

Przeglądaj więcej filmów