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

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.

Protokół ten pozwala na niezależne dostrojenie właściwości masowych i międzyfazowych materiałów drukowanych w 3D. Daje to większą elastyczność w projektowaniu i wytwarzaniu złożonych materiałów drukowanych w 3D. Technika ta nie wymaga rygorystycznych warunków reakcji i może być wykonywana przy użyciu dostępnego na rynku sprzętu.

W rezultacie technika ta znacznie ułatwia wytwarzanie złożonych materiałów drukowanych w 3D. Na początek przygotuj żywicę luzem, ważąc 0,36 grama BTPA do czystej 50-mililitrowej bursztynowej fiolki. Dodać 13,63 mililitra diakrylanu glikolu polietylenowego i 14,94 mililitra DMAm do bursztynowej fiolki za pomocą mikropipety.

W osobnej 20-mililitrowej fiolce z czystego szkła pokrytej folią aluminiową dodaj 0,53 grama TPO. Za pomocą mikropipety dodać 10 mililitrów DMAm do szklanej fiolki o pojemności 20 mililitrów zawierającej TPO i zamknąć fiolkę za pomocą nakrętki. Dokładnie homogenizować roztwór TPO w DMAm, mieszając za pomocą mieszalnika wirowego przez 10 sekund, a następnie używając standardowej laboratoryjnej łaźni sonicznej do sonikacji mieszaniny przez 2 minuty w temperaturze pokojowej.

Za pomocą szklanej pipety i gumowej gruszki do pipet przenieś roztwór z 20-mililitrowej szklanej fiolki do 50-mililitrowej bursztynowej fiolki i zamknij fiolkę nakrętką i formowaną folią z tworzywa sztucznego. Delikatnie wstrząśnij 50-mililitrową bursztynową fiolką, a następnie umieść fiolkę w łaźni sonicznej na 2 minuty w temperaturze pokojowej, aby upewnić się, że mieszanina jest jednorodna. Umieść szczelnie zapieczętowaną bursztynową fiolkę wypełnioną żywicą w dygestoriach do późniejszego użycia.

Przygotować żywicę powierzchniową zgodnie z wcześniejszym opisem do przygotowania żywicy luzem. Po przygotowaniu żywicy powierzchniowej należy umieścić zapieczętowany bursztynowy podmuch wypełniony żywicą powierzchniową w dygestorium do późniejszego użycia. Aby wykonać druk 3D, należy wlać wcześniej przygotowaną żywicę luzem do drukarki 3D, upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię w bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknąć obudowę drukarki 3D.

Poruszaj się po USB za pomocą ekranu drukarki 3D i wybierz pokrojony model file, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby rozpocząć proces drukowania 3D. Obserwując ekran drukarki 3D, zwróć uwagę na liczbę drukowanych warstw i wstrzymaj program drukowania, naciskając dwie pionowe linie Przycisk Pauzy podczas drukowania 3D ostatniej warstwy podłoża bazowego. Usuń cały etap budowy i delikatnie opłucz etap budowy i wydrukowany materiał niedenaturowanym 100% etanolem z butelki do mycia przez 10 sekund, aby usunąć resztki żywicy luzem z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy.

Za pomocą sprężonego powietrza delikatnie wysusz materiał wydrukowany w 3D i etap budowy, aby usunąć resztki etanolu, a następnie ponownie włóż etap budowy do drukarki 3D. Wyjmij z drukarki 3D i wlej pozostałą ilość żywicy luzem do bursztynowej podłości i przechowuj podłość w chłodnym, ciemnym miejscu. Używając niedenaturowanego 100% etanolu z butelki do mycia, ostrożnie wypłucz, aby usunąć resztki żywicy luzem.

Wysuszyć za pomocą strumienia sprężonego powietrza, aby usunąć resztki etanolu i ponownie włóż do drukarki 3D. W celu wykonania funkcjonalizacji powierzchni należy wlać wcześniej przygotowaną żywicę powierzchniową do drukarki 3D, upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknąć obudowę drukarki 3D. Wznów program drukowania 3D, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby umożliwić wystąpienie z góry określonego wzoru powierzchni.

Po zakończeniu programu drukowania usuń etap budowy z drukarki 3D i myj przez 10 sekund niedenaturowanym 100% etanolem za pomocą butelki do mycia, aby usunąć resztki żywicy powierzchniowej z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy. Za pomocą sprężonego powietrza delikatnie wysusz materiał wydrukowany w 3D i zbuduj etap, aby usunąć resztki etanolu. Będąc nadal podłączonym do etapu budowy, utwardź materiał, odwracając cały etap budowy i umieszczając go pod światłem o długości 405 nanometrów na 15 minut.

Delikatnie usuń funkcjonalizowany powierzchniowo materiał wydrukowany w 3D z etapu budowy za pomocą cienkiej metalowej płytki lub skrobaka do farby. Aby przeprowadzić analizę fluorescencji, umieść wydrukowany w 3D materiał funkcjonalizowany powierzchniowo pod lampą wyładowczą ultrafioletową o długości 312 nanometrów w ciemnym miejscu, upewniając się, że warstwa funkcjonalizowana powierzchniowo jest skierowana do góry. Włącz lampę, aby w sposób ciągły naświetlać warstwę powierzchniową światłem o długości fali 312 nanometrów i obserwować wzór fluorescencyjny.

Aby przeprowadzić analizę właściwości rozciągania, umieść próbki w kształcie kości psa między uchwytami maszyny do prób rozciągania, upewniając się, że materiał wydrukowany w 3D jest równomiernie umieszczony w odległości 50,3 milimetra. Uruchom program, aby uzyskać dane o sile i ruchu. Po wydrukowaniu 3D i funkcjonalizacji powierzchni, materiał został poddany posttwardzalnej filtracji pod promieniowaniem o długości 405 nanometrów.

Zaobserwowano, że funkcjonalizowane materiały były żółte, ale wysoce przezroczyste o dobrze zdefiniowanych kształtach. Funkcjonalizowane materiały nie wykazują fluorescencji w ciemności. Jednak po napromieniowaniu ultrafioletowym zaobserwowano przestrzennie rozdzielczą fluorescencję powierzchniową w obszarach naświetlanych światłem podczas etapu funkcjonalizacji powierzchni, widoczną jako lekko podniesiony wzór yin-yang.

Obrazy fluorescencyjne wykazały, że spód materiału nie wykazywał fluorescencji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Jednak górna strona materiału wykazywała silną fluorescencję we wzorze yin-yang. Przeanalizowano właściwości mechaniczne wydrukowanych w 3D próbek w kształcie kości psa i uzyskano krzywą naprężenie-odkształcenie.

Materiał wykazywał odkształcenie sprężyste, zapewniające granicę plastyczności około 25 megapaskalów, a następnie odkształcenie plastyczne przed uszkodzeniem. Wydłużenie przy zerwaniu wynosiło około 12%, podczas gdy naprężenie przy zerwaniu wynosiło około 22 megapaskale. Moduł Younga obliczono na około 7 megapaskalów, podczas gdy wytrzymałość wynosiła około 115 megadżuli na metr sześcienny.

Ważne jest, aby upewnić się, że powierzchnia rezydująca całkowicie zakrywa folię i jest wolna od pęcherzyków powietrza lub innych niedoskonałości, które mogą prowadzić do odchyleń od zamierzonego wzoru powierzchni.