Impressão 3D e Modificação da superfície in situ através da polimerização da cadeia de adição reversível do tipo I fotoinitida

O presente protocolo descreve a impressão 3D baseada em processamento de luz digital de materiais polimédicos utilizando a polimerização da cadeia de transferência de adição reversível do tipo I e a subsequente pós-funcionalização do material in situ via polimerização mediada pela superfície. A impressão 3D fotoinduzida fornece materiais com propriedades a granel e interfaciais independentemente adaptadas e espacialmente controladas.

Este protocolo permite que as propriedades a granel e interfaciais de materiais impressos em 3D sejam sintonizadas independentemente. Isso dá maior flexibilidade para projetar e fabricar materiais impressos em 3D complexos. Esta técnica não requer condições de reação rigorosas e pode ser realizada usando equipamentos disponíveis comercialmente.

Como resultado, essa técnica torna significativamente mais fácil fabricar materiais impressos em 3D complexos. Para começar, prepare a resina a granel pesando 0,36 gramas de BTPA em um frasco de âmbar limpo de 50 mililitros. Adicione 13,63 mililitros de diacrilato polietileno glicol e 14,94 mililitros de DMAm ao frasco âmbar usando uma micropipette.

Em um frasco de vidro limpo separado de 20 mililitros coberto com papel alumínio, adicione 0,53 gramas de TPO. Usando uma micropipette, adicione 10 mililitros de DMAm ao frasco de vidro de 20 mililitros contendo o TPO e sele o frasco usando a tampa. Homogeneize completamente a solução de TPO em DMAm misturando usando um misturador de vórtice por 10 segundos e, em seguida, usando um banho sônico de laboratório padrão para sonicar a mistura por 2 minutos à temperatura ambiente.

Usando uma pipeta de vidro e uma lâmpada de pipeta de borracha, transfira a solução do frasco de vidro de 20 mililitros para o frasco âmbar de 50 mililitros e sele o frasco com uma tampa e uma película de plástico moldável. Agite suavemente o frasco âmbar de 50 mililitros e, em seguida, coloque o frasco em um banho sônico por 2 minutos em temperatura ambiente para garantir que a mistura seja homogênea. Coloque o frasco de âmbar selado cheio com a resina a granel em um capô de fumaça para uso posterior.

Prepare a resina superficial como descrito anteriormente para a preparação da resina a granel. Depois de preparar a resina superficial, coloque a vile âmbar selada preenchida com a resina superficial em um capô de fumaça para uso posterior. Para realizar a impressão 3D, despeje a resina a granel previamente preparada no tanque da impressora 3D, garantindo que a solução cubra completamente o película inferior no tanque sem bolhas de ar ou outras inhomogeneidades e, em seguida, feche a caixa da impressora 3D.

Navegue pelo USB usando a tela da impressora 3D e selecione o arquivo do modelo fatiado clicando no botão triângulo Jogar para iniciar o processo de impressão 3D. Ao observar a tela da impressora 3D, tome cuidado com o número de camadas impressas e pause o programa de impressão pressionando as duas linhas verticais Pause botão durante a impressão 3D da última camada do substrato base. Remova todo o estágio de construção e enxágue suavemente o estágio de construção e o material impresso com 100% de etanol não exterior de uma garrafa de lavagem por 10 segundos para remover a resina a granel residual do material impresso em 3D e do estágio de construção.

Usando ar comprimido, seque suavemente o material impresso em 3D e construa o estágio para remover o etanol residual e, em seguida, reinserir o estágio de construção na impressora 3D. Remova o tanque da impressora 3D e despeje a resina a granel restante em uma vil âmbar, e armazene o vil em um lugar fresco e escuro. Utilizando 100% de etanol não exterior de uma garrafa de lavagem, enxágue cuidadosamente o tanque para remover qualquer resina a granel residual.

Seque o iva usando um fluxo de ar comprimido para remover qualquer etanol residual e reinserir o iva na impressora 3D. Para realizar a funcionalidade superficial, despeje a resina de superfície previamente preparada no tanque da impressora 3D, garantindo que a solução cubra completamente o filme inferior sem bolhas de ar ou outras inhomogeneidades e, em seguida, feche a caixa da impressora 3D. Retome o programa de impressão 3D clicando no botão triângulo Jogar para permitir que a padronização da superfície predeterminada ocorra.

Uma vez concluído o programa de impressão, remova o estágio de construção da impressora 3D e lave por 10 segundos com 100% de etanol sem óleo usando um frasco de lavagem para remover a resina de superfície residual do material impresso em 3D e o estágio de construção. Usando ar comprimido, seque suavemente o material impresso em 3D e construa o estágio para remover o etanol residual. Enquanto ainda está preso ao estágio de construção, após a cura do material invertendo todo o estágio de construção e colocando-o sob luz de 405 nanômetros por 15 minutos.

Remova suavemente o material impresso em 3D funcionalizado pela superfície do estágio de construção usando uma placa de metal fina ou raspador de tinta. Para realizar a análise da fluorescência, coloque o material funcionalizado pela superfície impresso em 3D sob uma lâmpada de descarga de gás ultravioleta de 312 nanômetros em um lugar escuro, garantindo que a camada funcionalizada pela superfície esteja voltada para cima. Ligue a lâmpada para irradiar continuamente a camada superficial com 312 nanômetros de luz e observe o padrão fluorescente.

Para realizar a análise da propriedade de tração, coloque as amostras em forma de osso do cão entre as garras de uma máquina de teste de tração, garantindo que o material impresso em 3D seja igualmente colocado a uma distância de 50,3 milímetros. Inicie o programa para adquirir dados de força versus viagem. Após impressão 3D e funcionalização superficial, o material foi pós-curado sob irradiação de 405 nanômetros.

Observou-se que os materiais funcionais eram amarelos, mas altamente transparentes com formas bem definidas. Os materiais funcionalizados não mostram fluorescência no escuro. No entanto, após a irradiação ultravioleta, a fluorescência superficial resolvida espacialmente foi observada nas regiões irradiadas com luz durante a etapa de funcionalização da superfície, visível como um padrão yin-yang ligeiramente elevado.

Imagens de fluorescência mostraram que a parte inferior do material não mostrou fluorescência sob irradiação de luz ultravioleta. No entanto, o lado superior do material mostrou forte fluorescência no padrão yin-yang. Foram analisadas as propriedades mecânicas das amostras em forma de osso de cão impressos em 3D e obtidas uma curva de tensão de estresse.

O material apresentou uma deformação elástica, proporcionando estresse de rendimento de aproximadamente 25 megapascal e, em seguida, uma deformação plástica antes da falha. O alongamento no intervalo foi de aproximadamente 12%, enquanto o estresse no intervalo foi de cerca de 22 megapascal. O módulo do Young foi calculado para aproximadamente 7 megapascal, enquanto a dureza foi de aproximadamente 115 megajoule por metro cúbico.

É importante ter certeza de que o residente da superfície cobre completamente o filme do tanque e está livre de bolhas de ar ou outras imperfeições que podem levar a desvios do padrão de superfície pretendido.