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Chemistry

3 डी मुद्रण और प्रकार मैं Photoinitiated प्रतिवर्ती इसके अलावा विखंडन श्रृंखला स्थानांतरण Polymerization के माध्यम से सीटू सतह संशोधन में

Published: February 18, 2022 doi: 10.3791/63538
Automatic Translation
1, 1
1Cluster for Advanced Macromolecular Design, and Australian Centre for Nanomedicine, School of Chemical Engineering, University of New South Wales

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल का वर्णन करता है डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण-आधारित 3 डी मुद्रण बहुलक सामग्री का उपयोग करके प्रकार मैं फोटोइनिशिएटेड प्रतिवर्ती इसके अलावा-विखंडन श्रृंखला हस्तांतरण पोलीमराइजेशन और बाद में सीटू सामग्री पोस्ट-फंक्शनलाइजेशन सतह-मध्यस्थता पोलीमराइजेशन के माध्यम से । फोटोप्रेरित 3 डी प्रिंटिंग स्वतंत्र रूप से सिलवाया और स्थानिक रूप से नियंत्रित थोक और इंटरफेसियल गुणों के साथ सामग्री प्रदान करता है।

Abstract

3 डी प्रिंटिंग ज्यामितीय रूप से जटिल सामग्री के लिए सरल पहुंच प्रदान करता है। हालांकि, इन सामग्रियों में राल की रासायनिक संरचना पर निर्भर थोक और इंटरफेसियल गुण आंतरिक रूप से जुड़े हुए हैं। वर्तमान कार्य में, 3 डी मुद्रित सामग्री को द्वितीयक सतह-शुरू की गई पोलीमराइजेशन प्रक्रिया के माध्यम से 3 डी प्रिंटर हार्डवेयर का उपयोग करके पोस्ट-फंक्शनलाइज़ किया जाता है, इस प्रकार थोक और इंटरफेसियल सामग्री गुणों पर स्वतंत्र नियंत्रण प्रदान करता है। यह प्रक्रिया तरल रेजिन तैयार करने के साथ शुरू होती है, जिसमें एक मोनोफंक्शनल मोनोमर होता है, एक क्रॉसलिंकिंग मल्टीफंक्शनल मोनोमर, एक फोटोकैमिकल रूप से लैबाइल प्रजाति जो पोलीमराइजेशन की दीक्षा को सक्षम बनाती है, और गंभीर रूप से, एक थायोकार्बोनिलथिओ यौगिक जो प्रतिवर्ती जोड़-विखंडन श्रृंखला हस्तांतरण (राफ्ट) पोलीमराइजेशन की सुविधा प्रदान करता है। थायोकार्बोनिलथिओ यौगिक, जिसे आमतौर पर राफ्ट एजेंट के रूप में जाना जाता है, श्रृंखला विकास पोलीमराइजेशन प्रक्रिया की मध्यस्थता करता है और अधिक सजातीय नेटवर्क संरचनाओं के साथ बहुलक सामग्री प्रदान करता है। तरल राल को एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके एक परत-दर-परत फैशन में ठीक किया जाता है ताकि स्थानिक रूप से नियंत्रित ज्यामिति वाले तीन-आयामी सामग्री दी जा सके। प्रारंभिक राल को हटा दिया जाता है और कार्यात्मक मोनोमर्स और फोटोइनीशिएटिंग प्रजातियों वाले एक नए मिश्रण के साथ बदल दिया जाता है। 3 डी मुद्रित सामग्री को फिर नए कार्यात्मक मोनोमर मिश्रण की उपस्थिति में 3 डी प्रिंटर से प्रकाश के संपर्क में लाया जाता है। यह 3 डी मुद्रित सामग्री की सतह पर अव्यक्त राफ्ट एजेंट समूहों से होने के लिए फोटोप्रेरित सतह-शुरू किए गए पोलीमराइजेशन की अनुमति देता है। दोनों रेजिन के रासायनिक लचीलेपन को देखते हुए, यह प्रक्रिया 3 डी मुद्रित सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला को दर्जी योग्य थोक और इंटरफेसियल गुणों के साथ उत्पादित करने की अनुमति देती है।

Introduction

Additive विनिर्माण और 3 डी प्रिंटिंग ज्यामितीय जटिल सामग्री के निर्माण के लिए अधिक कुशल और सरल मार्गों प्रदान करके सामग्री विनिर्माण में क्रांति ला दी है1. 3 डी प्रिंटिंग में बढ़ी हुई डिजाइन स्वतंत्रता के अलावा, ये प्रौद्योगिकियां परत-दर-परत विनिर्माण प्रक्रिया में अग्रदूत सामग्रियों के विवेकपूर्ण उपयोग के माध्यम से पारंपरिक subtractive विनिर्माण प्रक्रियाओं की तुलना में कम अपशिष्ट का उत्पादन करती हैं। 1980 के दशक के बाद से, बहुलक, धातु और सिरेमिक घटकों को बनाने के लिए विभिन्न 3 डी प्रिंटिंग तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला विकसित की गई है। सबसे अधिक नियोजित तरीकों में एक्सट्रूज़न-आधारित 3 डी प्रिंटिंग जैसे कि फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन और डायरेक्ट इंक राइटिंग तकनीक2, सिंटरिंग तकनीकजैसे चयनात्मक लेजर सिंटरिंग 3, साथ ही राल-आधारित फोटो-प्रेरित 3 डी प्रिंटिंग तकनीकें जैसे लेजर और प्रोजेक्शन-आधारित स्टीरियोलिथोग्राफी और नकाबपोश डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग तकनीक शामिल हैं4 . आज अस्तित्व में कई 3 डी प्रिंटिंग तकनीकों में से, फोटोप्रेरित 3 डी प्रिंटिंग तकनीकें अन्य तरीकों की तुलना में कुछ फायदे प्रदान करती हैं, जिसमें उच्च रिज़ॉल्यूशन और तेज प्रिंटिंग गति शामिल है, साथ ही कमरे के तापमान पर तरल राल के ठोसीकरण करने की क्षमता भी शामिल है, जो उन्नत बायोमटेरियल 3 डी प्रिंटिंग 4,5,6,7,8 की संभावना को खोलती है, ९ ।

जबकि इन फायदों ने कई क्षेत्रों में 3 डी प्रिंटिंग को व्यापक रूप से अपनाने की अनुमति दी है, 3 डी मुद्रित सामग्री गुणों को स्वतंत्र रूप से दर्जी करने की सीमित क्षमता भविष्य के अनुप्रयोगों को प्रतिबंधित करती है। विशेष रूप से, इंटरफेसियल गुणों से स्वतंत्र रूप से थोक यांत्रिक गुणों को आसानी से दर्जी करने में असमर्थता प्रत्यारोपण जैसे अनुप्रयोगों को सीमित करती है, जिसके लिए बारीकी से सिलवाया बायोकंपैटिबल सतहों और अक्सर काफी भिन्न थोक गुणों की आवश्यकता होती है, साथ ही साथ एंटीफाउलिंग और जीवाणुरोधी सतहों, सेंसर सामग्री और अन्य स्मार्ट सामग्री11,12,13 . शोधकर्ताओं ने इन मुद्दों को दूर करने के लिए 3 डी मुद्रित सामग्रियों के सतह संशोधन का प्रस्ताव दिया है ताकि अधिक स्वतंत्र रूप से दर्जी योग्य थोक और इंटरफेसियल गुण प्रदान किए जा सकें10,14,15।

हाल ही में, हमारे समूह ने एक फोटोप्रेरित 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया विकसित की है जो नेटवर्क बहुलक संश्लेषण 15,16 की मध्यस्थता के लिए प्रतिवर्ती अतिरिक्त-विखंडन श्रृंखला हस्तांतरण (राफ्ट) पोलीमराइजेशन का शोषण करती है। राफ्ट पोलीमराइजेशन एक प्रकार का प्रतिवर्ती निष्क्रियता कट्टरपंथी पोलीमराइजेशन है जो पोलीमराइजेशन प्रक्रिया पर उच्च स्तर का नियंत्रण प्रदान करता है और सूक्ष्म रूप से ट्यून किए गए आणविक वजन और टोपोलॉजी के साथ मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री के उत्पादन की अनुमति देता है, और व्यापक रासायनिक गुंजाइश 17,18,19। विशेष रूप से, थायोकार्बोनिलथिओ यौगिकों, या राफ्ट एजेंटों, राफ्ट पोलीमराइजेशन के दौरान उपयोग किए जाते हैं, पोलीमराइजेशन के बाद बनाए रखा जाता है। इस प्रकार उन्हें मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री के रासायनिक और भौतिक गुणों को संशोधित करने के लिए फिर से सक्रिय किया जा सकता है। इस प्रकार, 3 डी प्रिंटिंग के बाद, 3 डी मुद्रित सामग्री की सतहों पर इन निष्क्रिय राफ्ट एजेंटों को कार्यात्मक मोनोमर्स की उपस्थिति में फिर से सक्रिय किया जा सकता है ताकि अनुरूप सामग्री सतहों 20,21,22,23,24,25,26 प्रदान किया जा सके। द्वितीयक सतह पोलीमराइजेशन इंटरफेसियल सामग्री गुणों को निर्धारित करता है और फोटोकैमिकल दीक्षा के माध्यम से स्थानिक रूप से नियंत्रित फैशन में किया जा सकता है।

वर्तमान प्रोटोकॉल एक फोटोप्रेरित राफ्ट पोलीमराइजेशन प्रक्रिया के माध्यम से 3 डी प्रिंटिंग बहुलक सामग्री के लिए एक विधि का वर्णन करता है और बाद में सीटू सतह संशोधन थोक सामग्री यांत्रिक गुणों के स्वतंत्र रूप से इंटरफेसियल गुणों को संशोधित करने के लिए। पिछले 3 डी प्रिंटिंग और सतह संशोधन दृष्टिकोणों की तुलना में, वर्तमान प्रोटोकॉल को डीऑक्सीजनेशन या अन्य कठोर स्थितियों की आवश्यकता नहीं होती है और इस प्रकार गैर-विशेषज्ञों के लिए अत्यधिक सुलभ है। इसके अलावा, प्रारंभिक सामग्री निर्माण और सतह के बाद-कार्यात्मकता दोनों को करने के लिए 3 डी प्रिंटिंग हार्डवेयर का उपयोग सामग्री गुणों पर स्थानिक नियंत्रण प्रदान करता है और जटिल पैटर्न बनाने के लिए कई अलग-अलग फोटोमास्क के थकाऊ संरेखण के बिना किया जा सकता है।

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Protocol

1. 3 डी प्रिंटिंग प्रोग्राम और 3 डी प्रिंटर की तैयारी

  1. नीचे दिए गए चरणों का पालन करते हुए 3 डी प्रिंटिंग के लिए डिजिटल मॉडल डिज़ाइन करें।
    1. एक कंप्यूटर-सहायता प्राप्त डिज़ाइन प्रोग्राम खोलें ( सामग्री की तालिका देखें)।
    2. एक्स-वाई प्लेन में, 80 मिमी x 40 मिमी के आयामों वाले मूल पर केंद्रित एक आयत बनाएं, फिर एक ठोस आयताकार प्रिज्म बनाने के लिए 1.5 मिमी के लिए सकारात्मक जेड-अक्ष के साथ बाहर निकालें, जिसे आधार वस्तु कहा जाता है।
    3. आधार वस्तु के ऊपर, यानी, z = 1.5 मिमी पर, आयताकार प्रिज्म की सतह पर वांछित सतह पैटर्न (इस मामले में, दो यिन-यांग प्रतीक) खींचते हैं।
    4. आधार वस्तु के सापेक्ष थोड़ा उठाया पैटर्न बनाने के लिए सकारात्मक z-अक्ष के साथ चयनित क्षेत्रों में सतह पैटर्न 0.05 मिमी extrude।
    5. के साथ एक stereolithography फ़ाइल प्रदान करने के लिए 3 डी मॉडल निर्यात करें। STL फ़ाइल एक्सटेंशन.
      नोट: इस काम में, कुत्ते की हड्डी के आकार के नमूनों को डिजाइन किया गया था27। मुद्रित करने के लिए अन्य इच्छित मॉडल के लिए, चरण 1.1.1-1.1.5 का पालन करें।
    6. एकल-परत सेटिंग्स सक्षम करने के लिए एक 3D प्रिंटर स्लाइसिंग प्रोग्राम खोलें ( सामग्री तालिका देखें).
    7. कनवर्ट किया गया खोलें. फ़ाइल > खोलें पर क्लिक करके कंप्यूटर हार्ड ड्राइव से STL फ़ाइलें फिर सहेजे गए पर नेविगेट कर रही हैं। STL फ़ाइल.
    8. बिल्ड स्टेज पर सभी ऑब्जेक्ट्स के बीच कम से कम 1 मिमी फिट करने के लिए "मॉडल रोटेट" और "मॉडल मूव" बटन का उपयोग करके बिल्ड प्लेटफ़ॉर्म पर 3 डी मॉडल को व्यवस्थित करें।
    9. दाएँ हाथ के पैनल में प्रविष्टि फ़ील्ड बक्सों में पाठ दर्ज करके, तालिका 1 में उल्लिखित पैरामीटर परिवर्तित करें.
    10. नीचे बाएं हाथ के कोने में नीले स्लाइस बटन पर क्लिक करें और इसे विस्तार के साथ एक स्लाइस फ़ाइल के रूप में सहेजें। PWS या अन्य 3D प्रिंटर पठनीय कटा हुआ फ़ाइल.
    11. एक बार पॉप-अप मेनू दिखाई देने के बाद पूर्वावलोकन बटन पर क्लिक करें और दाईं ओर स्क्रॉल बार का उपयोग करके कटा हुआ परतों के माध्यम से नेविगेट करें। अंतिम आधार परत (इस मामले में परत 29) और सतह पैटर्न परत (इस मामले में 30) के लिए परत संख्याओं का सावधानीपूर्वक ध्यान रखें।
      नोट:: पहली मुद्रित परत "परत 0" नहीं "परत 1" है।
    12. दाएँ हाथ के पैनल में, एकल-परत सेटिंग्स का चयन करें, फिर ड्रॉप-डाउन मेनू का विस्तार करें।
    13. केवल सतह परत (परत 30) के लिए "एक्सपोज़र समय (s)" को 180 s में परिवर्तित करें, अन्य सभी परत एक्सपोज़र समय को डिफ़ॉल्ट मान के रूप में छोड़ दें।
    14. एक USB के लिए कटा हुआ फ़ाइल को बचाने के लिए ऊपरी बाएँ कोने में सहेजें बटन पर क्लिक करें।
  2. 3D प्रिंटर तैयार करें.
    1. 3D प्रिंटर में कटा हुआ फ़ाइल वाले USB सम्मिलित करें ( सामग्री तालिका देखें).
    2. 3D मुद्रण से पहले, बिल्ड चरण को समतल करें और z-अक्ष स्थिति को z = 0 के लिए विशिष्ट 3D प्रिंटर विधि (मैन्युअल या स्वचालित अंशांकन 3D प्रिंटर मैन्युअल के बाद) का पालन करके कैलिब्रेट करें.
    3. दोषों से मुक्त एक चिकनी और साफ सतह सुनिश्चित करने के लिए 3 डी प्रिंटर वैट की फिल्म का निरीक्षण करें।
    4. यदि वैट फिल्म क्षतिग्रस्त दिखाई देती है, तो इसे निर्माता के प्रोटोकॉल के अनुसार बदलें।

2. रेजिन की तैयारी

नोट: रेजिन को राल के लिए "बल्क रेजिन" के रूप में वर्गीकृत किया जाता है जिसका उपयोग 3 डी मूल सामग्री (बेस सब्सट्रेट) और "सरफेस रेजिन" को सतह कार्यात्मकता (सतह पैटर्न) करने के लिए उपयोग किए जाने वाले समाधान के लिए किया जाता है।

  1. थोक राल तैयार करें।
    1. थोक राल तैयार करने के लिए, 2-(n-butylthiocarbonothioylthio) propanoic एसिड (BTPA) के 0.36 ग्राम को एक साफ 50 मिलीलीटर एम्बर शीशी में वजन करें।
    2. एक माइक्रोपिपेट का उपयोग करके एम्बर शीशी में पॉली (एथिलीन ग्लाइकोल) डायक्रिलेट औसत एमएन 250 (PEGDA) के 13.63 मिलीलीटर जोड़ें।
    3. एक माइक्रोपिपेट का उपयोग करके एम्बर शीशी में एन, एन-डाइमिथाइलएक्रिलामाइड (डीएमएएम) के 14.94 एमएल जोड़ें।
    4. एल्यूमीनियम पन्नी के साथ कवर एक अलग 20 मिलीलीटर स्वच्छ कांच की शीशी में, डाइफिनाइल (2,4,6-ट्राइमिथाइल बेंज़ोयल) फॉस्फीन ऑक्साइड (टीपीओ) के 0.53 ग्राम जोड़ें।
    5. एक माइक्रोपिपेट का उपयोग करते हुए, टीपीओ युक्त 20 एमएल ग्लास शीशी में डीएमएएम के 10 एमएल जोड़ें और टोपी का उपयोग करके शीशी को सील करें।
    6. 10 s के लिए एक भंवर मिक्सर का उपयोग करके मिश्रण करके TPO और DMAm के समाधान को पूरी तरह से homogenize और फिर एक मानक प्रयोगशाला सोनिक स्नान (~ 40 kHz) का उपयोग करके कमरे के तापमान पर 1 मिनट के लिए मिश्रण sonicate करने के लिए (चित्रा 1C, बाएं)।
    7. एक ग्लास पिपेट और रबर पिपेट बल्ब का उपयोग करते हुए, 20 एमएल ग्लास शीशी से 50 एमएल एम्बर शीशी में समाधान को स्थानांतरित करें और एक टोपी और मोल्डेबल प्लास्टिक फिल्म के साथ शीशी को सील करें।
    8. धीरे से 50 मिलीलीटर एम्बर शीशी को हिलाएं और फिर शीशी को कमरे के तापमान पर 2 मिनट के लिए सोनिक स्नान में रखें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि मिश्रण सजातीय है (चित्रा 1 सी, बाएं से दूसरा)।
    9. बाद में उपयोग के लिए एक धुएं हुड में थोक राल से भरा सील एम्बर शीशी जगह.
  2. सतह राल तैयार करें।
    1. सतह राल तैयार करने के लिए, एक साफ 50 मिलीलीटर एम्बर शीशी में टीपीओ के 0.50 ग्राम वजन।
    2. एक माइक्रोपिपेट का उपयोग करते हुए, 3.56 मिलीलीटर डीएमएम और 11.98 एमएल एन, एन-डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (डीएमएफ) को 50 एमएल एम्बर शीशी में जोड़ें और एक कैप मोल्डेबल प्लास्टिक फिल्म के साथ शीशी को सील करें।
    3. धीरे से एक मानक प्रयोगशाला ध्वनि स्नान (~ 40 kHz) का उपयोग कर कमरे के तापमान पर 1 मिनट के लिए सील एम्बर शीशी और sonicate हिला.
    4. पन्नी के साथ कवर की गई एक साफ 20 एमएल शीशी के लिए, 0.29 ग्राम 1-पाइरेनीमिथाइल मेथाक्रिलेट (PyMMA) जोड़ें।
    5. 20 एमएल शीशी में डीएमएफ के 10 एमएल जोड़ें और माइक्रोपिपेट का उपयोग करके टोपी के साथ शीशी को सील करें।
    6. धीरे से एक मानक प्रयोगशाला सोनिक स्नान का उपयोग कर कमरे के तापमान पर 1 मिनट की वृद्धि में 20 एमएल ग्लास शीशी और sonicate हिला, नेत्रहीन चक्रों के बीच निरीक्षण जब तक PyMMA पूरी तरह से भंग होने के लिए प्रकट होता है (चित्रा 1C, बाएं से तीसरा और चौथा).
    7. एक ग्लास पिपेट और रबर पिपेट बल्ब का उपयोग करके, 20 मिलीलीटर ग्लास शीशी से 50 एमएल एम्बर शीशी में समाधान को स्थानांतरित करें।
    8. धीरे से 50 मिलीलीटर एम्बर शीशी को हिलाएं और फिर मिश्रण को सजातीय सुनिश्चित करने के लिए कमरे के तापमान पर 2 मिनट के लिए सोनिक स्नान में शीशी रखें (चित्रा 1 सी, दाएं और दाएं से दूसरा)।
    9. बाद में उपयोग के लिए एक धुएं हुड में थोक राल से भरा सील एम्बर शीशी जगह.
      चेतावनी: इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले कुछ रसायन मनुष्यों और पर्यावरण के लिए गंभीर त्वचा और आंखों की जलन और अन्य विषाक्तता का कारण बन सकते हैं। सुनिश्चित करें कि सुरक्षा प्रोटोकॉल सुरक्षा डेटा शीट और स्थानीय नियमों के अनुरूप पालन किया जाता है।

3.3D मुद्रण और सतह functionalization

  1. नीचे दिए गए चरणों का पालन करते हुए बेस सब्सट्रेट की 3 डी प्रिंटिंग करें।
    1. 3 डी प्रिंटर वैट में पहले से तैयार बल्क राल (चरण 2.1) डालें ( सामग्री की तालिका देखें), यह सुनिश्चित करते हुए कि समाधान पूरी तरह से किसी भी हवा के बुलबुले या अन्य असमरूपताओं के बिना वैट में नीचे की फिल्म को कवर करता है, और फिर 3 डी प्रिंटर मामले को बंद कर देता है।
    2. 3 डी प्रिंटर स्क्रीन का उपयोग करके यूएसबी नेविगेट करें और 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया शुरू करने के लिए त्रिकोण प्ले बटन पर क्लिक करके कटा हुआ मॉडल फ़ाइल का चयन करें।
    3. 3 डी प्रिंटर स्क्रीन को देखकर, मुद्रित परतों की संख्या का सावधानीपूर्वक ध्यान रखें, और आधार सब्सट्रेट की अंतिम परत (इस मामले में परत 29) की 3 डी प्रिंटिंग के दौरान दो ऊर्ध्वाधर रेखाओं को दबाकर प्रिंटिंग प्रोग्राम को रोकें बटन को रोकें।
    4. पूरे निर्माण चरण को हटा दें और धीरे से 3 डी मुद्रित सामग्री और निर्माण चरण से अवशिष्ट थोक राल को हटाने के लिए 10 एस के लिए एक वॉश बोतल से 100% इथेनॉल के साथ बिल्ड स्टेज और मुद्रित सामग्री को कुल्ला करें।
    5. संपीड़ित हवा का उपयोग करके, 3 डी मुद्रित सामग्री को धीरे से सुखाएं और अवशिष्ट इथेनॉल को हटाने के लिए चरण का निर्माण करें और फिर 3 डी प्रिंटर में बिल्ड चरण को फिर से सम्मिलित करें।
    6. 3 डी प्रिंटर से वैट निकालें और एक एम्बर शीशी में शेष थोक राल डालें। शीशी को ठंडी अंधेरी जगह पर स्टोर करें।
    7. एक धोने की बोतल से undenatured 100% इथेनॉल का उपयोग करते हुए, किसी भी अवशिष्ट थोक राल को हटाने के लिए वैट को ध्यान से कुल्ला।
    8. किसी भी अवशिष्ट इथेनॉल को हटाने के लिए संपीड़ित हवा की एक धारा का उपयोग करके वैट को सुखाएं और वैट को 3 डी प्रिंटर में फिर से सम्मिलित करें।
  2. सतह functionalization निष्पादित करें।
    1. पहले से तैयार सतह राल (चरण 2.2) को 3 डी प्रिंटर वैट में डालें, यह सुनिश्चित करते हुए कि समाधान पूरी तरह से किसी भी हवा के बुलबुले या अन्य असमरूपताओं के बिना नीचे की फिल्म को कवर करता है, और फिर 3 डी प्रिंटर मामले को बंद कर देता है।
    2. पूर्व निर्धारित सतह पैटर्निंग होने की अनुमति देने के लिए त्रिकोण प्ले बटन पर क्लिक करके 3 डी प्रिंटिंग प्रोग्राम को फिर से शुरू करें।
    3. एक बार मुद्रण कार्यक्रम पूरा हो जाने के बाद, 3 डी प्रिंटर से बिल्ड चरण को हटा दें और 3 डी मुद्रित सामग्री और बिल्ड चरण से अवशिष्ट सतह राल को हटाने के लिए एक वॉश बोतल का उपयोग करके 10 एस के साथ 10 एस के लिए धोएं।
    4. संपीड़ित हवा (प्रवाह दर, 30 एल / मिनट) का उपयोग करके, धीरे से 3 डी मुद्रित सामग्री को सुखाएं और अवशिष्ट इथेनॉल को हटाने के लिए चरण का निर्माण करें।
    5. जबकि अभी भी निर्माण चरण से जुड़ा हुआ है, पूरे बिल्ड चरण को उलटकर और इसे 15 मिनट के लिए 405 एनएम प्रकाश के नीचे रखकर सामग्री का इलाज करें।
    6. धीरे से एक पतली धातु प्लेट या पेंट स्क्रैपर का उपयोग कर निर्माण चरण से सतह कार्यात्मक 3 डी मुद्रित सामग्री को हटा दें।
    7. आगे के समायोजन के बिना, सामग्री के यांत्रिक और सतह गुणों का विश्लेषण करें।

4. 3 डी मुद्रित नमूनों का विश्लेषण

  1. प्रतिदीप्ति विश्लेषण करें।
    1. 3 डी मुद्रित, सतह-कार्यात्मक सामग्री को 312 एनएम यूवी गैस डिस्चार्ज लैंप ( सामग्री की तालिका देखें) के तहत एक अंधेरे स्थान पर रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि सतह-कार्यात्मक परत का सामना करना पड़ रहा है।
    2. 312 एनएम प्रकाश के साथ सतह की परत को लगातार विकिरणित करने के लिए दीपक को चालू करें और फ्लोरोसेंट पैटर्न का निरीक्षण करें। यदि आवश्यक हो तो तस्वीरें लें।
      नोट:: यह एक दृश्य निरीक्षण चरण है; समय निर्दिष्ट नहीं किया जा सकता. विकिरण निरंतर है जबकि अवलोकन हो रहा है।
    3. एक प्रतिदीप्ति इमेजर में 3 डी मुद्रित, सतह कार्यात्मक सामग्री जगह. प्रदान किए गए सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके, ट्रांस-यूवी (302 एनएम) गैस डिस्चार्ज स्रोत का उपयोग करके ऊपर और नीचे की सतहों की डिजिटल प्रतिदीप्ति छवियों को कैप्चर करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
  2. तन्यता संपत्ति विश्लेषण निष्पादित करें।
    1. कुत्ते-हड्डी के नमूनों (मिलीमीटर में) के साथ गेज और मोटाई को मापें।
    2. कुत्ते की हड्डी के आकार के नमूनों को एक तन्यता परीक्षण मशीन की पकड़ के बीच रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि 3 डी मुद्रित सामग्री को मानक दस्तावेज द्वारा निर्दिष्ट दूरी पर समान रूप से रखा गया है, इस मामले में, 50.3 मिमी।
    3. तन्यता परीक्षण कार्यक्रम सेट करें; इस मामले में, लिफ्ट की गति को 1.1 मिमी / मिनट पर सेट किया गया था, नमूनों की संख्या 10 प्रति सेकंड पर सेट की गई थी।
    4. बल (एन) बनाम यात्रा (मिमी) डेटा प्राप्त करने के लिए कार्यक्रम शुरू करें।
    5. एक बार नमूना तैयार हो जाता है, तो मशीन को रोकें, और डेटा को कॉलम-अलग डेटा के रूप में सहेजें। CSV फाइल एक्सटेंशन.
    6. बल स्तंभ के प्रत्येक बिंदु को गेज क्षेत्र (mm2, गेज मोटाई से गुणा करके प्राप्त) द्वारा विभाजित करके बल (N) डेटा को तनाव (MPa) में कनवर्ट करें।
    7. प्रत्येक बिंदु पर गेज लंबाई (50.3 मिमी) द्वारा यात्रा डेटा डाइविंग करके और प्रत्येक परिणाम को 100 से गुणा करके यात्रा डेटा को तनाव (%) में परिवर्तित करें।
    8. तनाव-तनाव वक्र के तहत क्षेत्र की गणना करने के लिए ट्रेपोज़ॉइडल नियम का उपयोग करके क्रूरता (एमजे / एम 3) की गणना करें।
    9. तनाव (एमपीए) बनाम की ढाल लेकर यंग के मापांक (एमपीए) की गणना करें। लोचदार क्षेत्र में तनाव (%) वक्र, इस काम में 1% -2% बढ़ाव 27 से।

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Representative Results

3डी प्रिंटिंग और सतह कार्यात्मकता के लिए सामान्य प्रक्रिया को चित्र 1 में दिखाया गया है। इस प्रोटोकॉल में, एक नेटवर्क बहुलक को शुरू में एक फोटो-प्रेरित राफ्ट पोलीमराइजेशन प्रक्रिया 15 के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है, जो परत-दर-परत प्रक्रिया (चित्रा 1 ए) में एक वस्तु बनाने के लिए 3 डी प्रिंटर का उपयोग करता है। बहुलक नेटवर्क बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले थोक राल में एक फोटोलेबल शुरू करने वाली प्रजाति (टीपीओ) होती है, जो 405 एनएम प्रकाश के संपर्क में आने पर कण उत्पन्न करती है। ये कण तब मोनोमर डीएमएम और क्रॉसलिंकर पीईजीडीए में विनाइल बांड में जोड़ सकते हैं, जो एक श्रृंखला-विकास पोलीमराइजेशन तंत्र के माध्यम से एक बहुलक नेटवर्क प्रदान करता है। RAFT एजेंट BTPA एक अपक्षयी श्रृंखला-हस्तांतरण तंत्र के माध्यम से नेटवर्क विकास की मध्यस्थता करता है, जो बढ़ी हुई समरूपता के साथ बहुलक सामग्री प्रदान करता है28। परत-दर-परत 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया के दौरान, एक 3 डी बहुलक नेटवर्क एक परिभाषित समय के लिए फोटोपॉलिमराइजेशन के माध्यम से बनता है, जिसे परत इलाज समय कहा जाता है। इस काम में, परतों को 50 μm मोटी होने के लिए डिज़ाइन किया गया था, और परत का इलाज समय 40 s था। यह सुनिश्चित करने के लिए कि 3 डी मुद्रित सामग्री 3 डी प्रिंटर बिल्ड चरण का पालन करती है, मुद्रण प्रक्रिया में पहली दो परतों को 80 एस / परत के लिए लंबे समय तक उजागर किया जाता है। एक बार जब एक परत ठीक हो जाती है, तो निर्माण चरण जेड-अक्ष के साथ बढ़ता है, जिससे ताजा असुरक्षित राल को 3 डी मुद्रित परतों के नीचे शून्य को भरने की अनुमति मिलती है। बिल्ड चरण फिर से वैट में कम हो जाता है, और अगली परत ठीक हो जाती है। परिणामी 3 डी मुद्रित वस्तु बीटीपीए जैसे ट्राइथियो कार्बोनेट राफ्ट एजेंटों की विशेषता पीले रंग को प्रदर्शित करती है, जैसा कि थोक राल (चित्रा 1 सी, बाएं से दूसरा) और अंतिम 3 डी मुद्रित वस्तु दोनों में कल्पना की गई है।

गंभीर रूप से, बहुलक नेटवर्क पर ट्राइथिओ कार्बोनेट टर्मिनस एक कार्यात्मक हैंडल प्रदान करता है जिससे सतह कार्यात्मकता हो सकती है। बेस सब्सट्रेट के 3 डी प्रिंटिंग के बाद, 3 डी प्रिंटिंग प्रोग्राम को रोक दिया गया था, और राल को सतह राल में बदल दिया गया था। सतह राल घटकों को चित्र 1B में दिखाया गया है। टीपीओ को पोलीमराइजेशन शुरू करने के लिए जोड़ा जाता है, जबकि मोनोफंक्शनल विनाइल मोनोमर्स का उपयोग सतह कार्यात्मकता के लिए किया जाता है, जिसे क्रॉसलिंक किए गए नेटवर्क के बजाय रैखिक बहुलक श्रृंखलाप्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। विशेष रूप से, इस प्रक्रिया में चुने गए मोनोमर्स DMAm और फ्लोरोसेंट PyMMA हैं, जो 3 D मुद्रित सामग्री से फ्लोरोसेंट पॉलिमर के गठन की अनुमति देता है।

जैसा कि चित्रा 2ए, बी में दिखाया गया है, इस प्रोटोकॉल में डिज़ाइन की गई सामग्रियों में एक आयताकार प्रिज्म और तन्यता परीक्षण के लिए कई कुत्ते-हड्डी के आकार के नमूने शामिल हैं। सामान्य आयताकार प्रिज्म और कुत्ते की हड्डी के आकार 27 का उपयोग बेस सब्सट्रेट को प्रिंट करने के लिए किया जाता है, जिसमें 1.5 मिमी मोटी बेस सब्सट्रेट प्रदान करने के लिए 50 μm मोटाई के साथ 30 कुल परतों (3 डी प्रिंटिंग प्रोग्राम में परतों 0-29) का उपयोग किया जाता है। जैसा कि चित्र 2C में दिखाया गया है, सतह पैटर्न को यिन-यांग पैटर्न में केवल आयताकार प्रिज्म बेस ऑब्जेक्ट को विकिरणित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सतह पैटर्न को 50 μm मोटाई की एक परत रखने के लिए डिज़ाइन किया गया था। सामग्री की सतह को संशोधित करने के लिए पर्याप्त पोलीमराइजेशन सुनिश्चित करने के लिए परत के इलाज के समय को 180 सेकंड तक बढ़ा दिया गया था।

आधार वस्तु के 3 डी प्रिंटिंग और सतह कार्यात्मकता के बाद, वस्तुओं को 15 मिनट के लिए 405 एनएम प्रकाश स्रोत के तहत पोस्ट-ठीक किया जाता है। पोस्ट-इलाज के बाद, सामग्रियों ने राफ्ट एजेंट (चित्रा 3 ए) की विशेषता पीले रंग को बनाए रखा और चित्रा 2 ए, बी में दिखाए गए डिजिटल मॉडल के अनुरूप अच्छी तरह से परिभाषित आकार दिखाए। 3 डी मुद्रित सामग्री को फिर आगे के विश्लेषण के लिए बिल्ड चरण से हटा दिया जाता है। जैसा कि चित्र 3B में दिखाया गया है, 3D मुद्रित और सतह कार्यात्मक सामग्री पीले लेकिन अत्यधिक पारदर्शी हैं (चित्र 3B)। सतह functionalization की प्रभावशीलता 312 एनएम प्रकाश के तहत सामग्री irradiating द्वारा देखा जा सकता है। जैसा कि चित्रा 3 C, D में दिखाया गया है, कार्यात्मक सामग्री अंधेरे में कोई प्रतिदीप्ति नहीं दिखाती है; हालांकि, प्रकाश स्रोत को चालू करने से सतह कार्यात्मकता चरण के दौरान प्रकाश के साथ विकिरणित क्षेत्रों में स्थानिक रूप से हल की गई सतह प्रतिदीप्ति का पता चलता है। यिन-यांग पैटर्न इन स्थितियों के तहत सामग्री की सतह पर दिखाई देता है; हालांकि, कुछ खामियां दिखाई दे रही थीं। जब सफेद प्रकाश के तहत देखा जाता है, तो यिन-यांग पैटर्न को थोड़ी सी उठी हुई संरचना के रूप में देखा जा सकता है। यह सतह कार्यात्मकता के दौरान अप्रभावित क्रॉसलिंकिंग इकाइयों की उपस्थिति या सतह कार्यात्मकता के दौरान समाधान में अतिरिक्त मुक्त बहुलक के गठन का संकेत दे सकता है। एक फ्लोरोसेंट इमेजर का उपयोग करके सामग्री के आगे के विश्लेषण से पता चला है कि सामग्री के नीचे यूवी प्रकाश विकिरण (चित्रा 3 ई) के तहत कोई प्रतिदीप्ति नहीं दिखाई गई है; हालांकि, सामग्री के शीर्ष ने यिन-यांग पैटर्न (चित्रा 3 एफ) में मजबूत प्रतिदीप्ति दिखाई।

अंत में, 3 डी मुद्रित कुत्ते-हड्डी के आकार के नमूनों के यांत्रिक गुणों का विश्लेषण सामग्री की ताकत, लचीलापन और क्रूरता को निर्धारित करने के लिए एक तन्यता परीक्षण मशीन के माध्यम से किया गया था। डुप्लिकेट कुत्ते-हड्डी के आकार के नमूनों के लिए एक प्रतिनिधि तनाव-तनाव वक्र चित्र 4 में दिखाया गया है। सामग्री ने शुरू में एक लोचदार विरूपण दिखाया, जो 24.8 ± 0.2 एमपीए की उपज तनाव (σ y) प्रदान करता है, और फिर विफलता से पहले एक प्लास्टिक विरूपण प्रदान करता है। ब्रेक (ε b) पर बढ़ाव 11.7 ± 0.3% था, जबकि ब्रेक (σ b) पर तनाव 22.6 ± 0.3 MPa था। यंग के मापांक (ई) की गणना 7.1 ± 0.2 एमपीए के रूप में की गई थी, जबकि क्रूरता 115.2 ± 3.0 एमजे / एम 3 थी।

Figure 1
चित्र1: रासायनिक प्रक्रिया की योजनाबद्ध और चयनित राल घटकों का चित्रण। (ए) थोक राल घटक और प्रतिक्रिया योजनाबद्ध एक 405 एनएम डीएलपी 3 डी प्रिंटर के माध्यम से एक नेट-पी (डीएमएएम-स्टेट-पीईजीडीए) बहुलक नेटवर्क के संश्लेषण को दर्शाता है। (बी) सतह राल घटकों और प्रतिक्रिया योजनाबद्ध एक 405 एनएम डीएलपी 3 डी प्रिंटर में नेट-पी (डीएमएएम-स्टेट-पीईजीडीए) की सतह कार्यात्मकता को दर्शाता है। (सी) की तस्वीरें (बाएं से दाएं): DMAm समाधान में TPO, थोक राल, DMF में PyMMA, 312 एनएम विकिरण के तहत DMF में PyMMA, सतह राल, 312 एनएम विकिरण के तहत सतह राल। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: डिज़ाइन की गई वस्तु की डिजिटल छवियों को 3D मुद्रित और सतह कार्यात्मक किया जाना चाहिए। (A) 3D छवि बिल्ड स्टेज पर 3D सामग्री की डिज़ाइन की गई व्यवस्था को दर्शाती है। (बी) आधार वस्तु (परतों 0-29) बनाने के लिए सफेद रंग में वांछित विकिरण पैटर्न दिखाते हुए प्रक्षेपण छवि। (सी) सतह कार्यात्मकता (परत 30) के लिए सफेद रंग में वांछित विकिरण पैटर्न को दर्शाने वाली प्रक्षेपण छवि। आयताकार प्रिज्म मॉडल 80 x 40 x 1.5 मिमी (X x Y x Z) है, और यिन-यांग प्रतीक व्यास 38 मिमी है। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: 3 डी मुद्रित और पोस्ट-फंक्शनलाइज्ड सामग्री दिखाने वाली छवियां। (ए) मुद्रण के बाद बिल्ड चरण की तस्वीर, पोस्ट-फंक्शनलाइजेशन, और 405 एनएम विकिरण के तहत 15 मिनट के बाद का इलाज। (बी) लोगो के साथ कागज के शीर्ष पर कार्यात्मक सामग्री की तस्वीर, पारदर्शिता दिखाते हुए। (सी) यूवी विकिरण से पहले कम रोशनी में कार्यात्मक सामग्री की तस्वीर। (घ) 312 एनएम विकिरण के अंतर्गत कार्यात्मक सामग्री का चित्रण सतह कार्यात्मकता चरण के दौरान विकिरणित क्षेत्रों में मजबूत प्रतिदीप्ति को दर्शाता है। (ई) कार्यात्मक सामग्री के नीचे की प्रतिदीप्ति छवि एक 2 एस एक्सपोजर समय का उपयोग करके, कोई प्रतिदीप्ति नहीं दिखाती है। (एफ) 1 एस एक्सपोजर समय का उपयोग करके कार्यात्मक सामग्री के शीर्ष की प्रतिदीप्ति छवि, उस क्षेत्र के क्षेत्रों में मजबूत प्रतिदीप्ति दिखाती है जो सतह कार्यात्मकता चरण के दौरान विकिरणित थे। 3 डी मुद्रित आयताकार आधार सब्सट्रेट 80 × 40 मिमी (एक्स एक्स वाई) है, और यिन-यांग प्रतीक व्यास 38 मिमी है। (ई) और (एफ) से छवियों को एक प्रतिदीप्ति इमेजर का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: तनाव बनाम तनाव वक्र 3 डी मुद्रित कुत्ते के आकार के नमूनों के लिए सतह functionalization के बिना आकार के नमूने. वक्र पर उपज तनाव (σ y = 24.8 ± 0.2 MPa), विराम पर बढ़ाव (ε b = 11.7% ± 0.3%), और ब्रेक पर तनाव (σ b = 22.6 ± 0.3 MPa) को दर्शाया गया है। यंग के मापांक (E = 7.1 ± 0.2 MPa) की गणना रैखिक लोचदार क्षेत्र में 1% -2% तनाव से की गई थी, जबकि क्रूरता (115.2 ± 3.0 MJ / m3) की गणना तनाव-तनाव वक्र के तहत क्षेत्र के आधार पर की गई थी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पैरामीटर मान
परत मोटाई (मिमी) 0.05
सामान्य एक्सपोज़र समय (s) 40
ऑफ टाइम (s) 2
नीचे एक्सपोज़र समय (s) 80
निचली परतें 2
Z लिफ्ट दूरी (मिमी) 3
Z लिफ्ट स्पीड (mm/ 6
Z लिफ्ट Retract गति (mm/ 1
विरोधी उपनाम 1

तालिका 1: 3 डी मॉडल बनाने के लिए पैरामीटर।

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Discussion

वर्तमान प्रोटोकॉल स्वतंत्र रूप से tunable थोक और इंटरफेसियल गुणों के साथ बहुलक सामग्री के 3 डी मुद्रण के लिए एक प्रक्रिया को प्रदर्शित करता है। प्रक्रिया को आधार सब्सट्रेट को 3 डी प्रिंट करके दो-चरणीय विधि के माध्यम से किया जाता है और बाद में एक अलग कार्यात्मक राल का उपयोग करके 3 डी मुद्रित वस्तु की सतह परत को संशोधित किया जाता है लेकिन एक ही 3 डी प्रिंटिंग हार्डवेयर का उपयोग करके। जबकि इस काम में उपयोग किए जाने वाले 3 डी प्रिंटर को परत-दर-परत फैशन में क्रॉसलिंक्ड सामग्री को प्रिंट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, सतह कार्यात्मकता को भी एक ही हार्डवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है। जैसा कि इस प्रोटोकॉल में दिखाया गया है, सतह कार्यात्मकता के लिए 3 डी प्रिंटर हार्डवेयर का उपयोग करने का लाभ पहले से 3 डी मुद्रित बहुलक सामग्री के लिए स्थानिक रूप से नियंत्रित रासायनिक पैटर्न को लागू करने में आसानी है।

3 डी मॉडल के डिजाइन के लिए, सामग्री के ऊपर एक एकल परत शामिल है, जो सतह पैटर्न के रूप में कार्य करती है। सतह राल में अभिकर्मकों की सांद्रता, परत की मोटाई, और सतह की परत के लिए परत के इलाज के समय के आधार पर विभिन्न पैटर्निंग परिणाम प्राप्त किए जाएंगे। उदाहरण के लिए, वर्तमान काम में, सतह की परत 50 μm थी, और इलाज का समय 180 s था। इन शर्तों के तहत, सतह पैटर्न कुछ मामूली सतह दोषों को दिखाता है, जिसे एक अलग परत मोटाई का चयन करके टाला जा सकता है। विशेष रूप से, सतह की परत के लिए एक निचली परत की ऊंचाई विकिरणित क्षेत्र से दूर सामग्री और प्रकाश के अधिक सीमित प्रसार के कारण वांछित सतह पैटर्न के बेहतर पुनरुत्पादन का कारण बन सकती है।

इसके अलावा, 3 डी प्रिंटिंग और सतह कार्यात्मकता के दौरान उपयोग की जाने वाली परत प्रति इलाज का समय अच्छी तरह से परिभाषित सामग्रियों के उत्पादन में महत्वपूर्ण है। पिछले work15 के आधार पर, थोक राल में RAFT एजेंट का समावेश आधार सब्सट्रेट के लिए प्रति परत इलाज समय की सीमा का विस्तार करता है। यह जेलेशन की देरी से शुरुआत के कारण है, जो विस्तारित परत इलाज समय 15 पर भी प्रिंट रिज़ॉल्यूशन को बनाए रखता है। वर्तमान प्रणाली के लिए, 30-120 s के बीच परत के इलाज के समय को अच्छी तरह से परिभाषित वस्तुओं को उत्पन्न करना चाहिए; हालांकि, यह भी इस तरह के photoinitiator और राफ्ट एजेंट की एकाग्रता, परत मोटाई, और प्रकाश तीव्रता के रूप में अन्य प्रतिक्रिया मापदंडों पर अत्यधिक निर्भर है. नई प्रणालियों के लिए प्रति परत महत्वपूर्ण परत इलाज समय को अनुकूलित करने की सलाह दी जाती है। यदि बीमार-परिभाषित सामग्री प्राप्त की जाती है, तो प्रति परत इलाज का समय बेहतर परिणाम प्रदान करने के लिए हेरफेर करने के लिए एक सरल पैरामीटर है। यदि थोक सामग्री अपूर्ण रूप से ठीक हो जाती है, तो प्रति परत इलाज का समय बढ़ाया जाना चाहिए, जबकि प्रति परत इलाज का समय ओवर-ठीक सामग्री के लिए कम किया जाना चाहिए5।

थोक और सतह रेजिन दोनों में टीपीओ की एकाग्रता कट्टरपंथी पीढ़ी की दर को काफी प्रभावित करेगी और इस प्रकार पोलीमराइजेशन की दर। पिछले works15 के आधार पर, थोक सामग्री को TPO का उपयोग करके प्रभावी ढंग से गढ़ा जा सकता है: 0.25-2.0 की सीमा में राफ्ट दाढ़ अनुपात। टीपीओ एकाग्रता को और बढ़ाने से अत्यधिक प्रकाश अवशोषण 5 के कारण प्रभावी इलाज की गहराई कम हो जाती है, जबकि टीपीओ एकाग्रता को और कम करने से पोलीमराइजेशन दर कम हो जाती है और प्रभावी पोलीमराइजेशन को प्रतिबंधित किया जाता है। इसी तरह के रुझान सतह के पैटर्न के लिए होंगे, वर्तमान परिस्थितियों में 0.5-3 डब्ल्यूटी% से लेकर उपयुक्त सांद्रता के साथ। लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय या पतली सतह परत इलाज गहराई आवश्यक TPO एकाग्रता 5 को कम कर देगा।

यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि थोक राल में राफ्ट एजेंटों को शामिल करने से बाद की सतह पैटर्निंग 15,29 प्रभावित होगी। जैसा कि पहले दिखाया गया है15, एक राफ्ट एजेंट की अनुपस्थिति में, सतह पैटर्निंग सामग्री की सतह पर प्रचार श्रृंखला के सीमित लगाव के कारण बीमार-परिभाषित हो जाती है। वर्तमान काम में, सतह पर राफ्ट एजेंट समूह सतह से सहसंयोजक लगाव और बहुलक विकास के लिए एक बिंदु प्रदान करते हैं। सिद्धांत रूप में, वांछित कार्यक्षमता प्राप्त करने के लिए 3 डी मुद्रित वस्तुओं की सतहों को कार्यात्मक बनाने के लिए विभिन्न सतह रेजिन की एक श्रृंखला का उपयोग किया जा सकता है। दरअसल, जैसा कि हमारे समूह द्वारा पहले दिखाया गया है15, शुरू में हाइड्रोफिलिक सामग्री के सतह गुणों को सतह राल में हाइड्रोफोबिक मोनोमर्स के उपयोग के माध्यम से अधिक हाइड्रोफोबिक में स्विच किया जा सकता है। इसके अलावा, कट्टरपंथी और राफ्ट पोलीमराइजेशन में बड़े मोनोमर दायरे थोक और सतह रेजिन 23 के लिए उपलब्ध रासायनिक कार्यक्षमताओं की एक व्यापक श्रृंखला को सक्षम बनाता है।

एक हार्डवेयर परिप्रेक्ष्य से, सबसे अच्छा परिणाम एक वैट फिल्म का उपयोग करके प्राप्त किए जाते हैं जो पूरी तरह से अपूर्णताओं से मुक्त होता है; यहां तक कि सतह फिल्म में मामूली खामियां थोक सामग्री और सतह पैटर्न में दोष पैदा कर सकती हैं, जो डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण 3 डी प्रिंटिंग के लिए विशिष्ट है। इसके अलावा, आधार सामग्री और सतह पैटर्न का रिज़ॉल्यूशन स्वाभाविक रूप से 3 डी प्रिंटर हार्डवेयर द्वारा सीमित है; अधिक अत्यधिक हल प्रकाश मामूली सुविधा की छोटी विशेषता लंबाई के साथ अधिक बारीक विस्तृत सतह पैटर्न की अनुमति देगा। जैसा कि कोई उम्मीद करेगा, अत्यधिक हल की गई सुविधाओं (उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रिंट) का उत्पादन करने वाले 3 डी प्रिंटर सिस्टम अधिक महंगे हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस काम में उपयोग किए जाने वाले वाणिज्यिक 3 डी प्रिंटर तुलनात्मक रूप से सस्ते हैं, हाल के अनुमानों में इन प्रिंटरों की लागत केवल 100 अमरीकी डालर के आसपास रखी गई है। गंभीर रूप से, इस प्रक्रिया में मजबूत रसायन विज्ञान एक निष्क्रिय वातावरण प्रदान करने के लिए दस्ताने बॉक्स जैसे अधिक विशिष्ट उपकरणों के बिना 3 डी प्रिंटर के उपयोग को सक्षम बनाता है। इस तकनीक को इस प्रकार एंटीफाउलिंग, जीवाणुरोधी, प्रवाहकीय और अन्य स्मार्ट सामग्रियों जैसे अनुप्रयोगों के लिए स्वतंत्र रूप से ट्यूनेबल बल्क और इंटरफेसियल गुणों के साथ सामग्री के अधिक सुव्यवस्थित निर्माण की अनुमति देनी चाहिए।

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Disclosures

लेखकों ने हितों के टकराव की घोषणा नहीं की है।

Acknowledgments

लेखक डिस्कवरी रिसर्च प्रोग्राम (DP210100094) के माध्यम से ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद और UNSW ऑस्ट्रेलिया से धन को स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-pyrenemethyl methacrylate Sigma-Aldrich 765120
2-(n-butylthiocarbonothioylthio) propanoic acid Boron Molecular BM1640
3D Printer Photon Mono S light intensity at digital mask surface = 0.81 mW cm-2
3D Printing Slicing Software Photon Photon Workshop V2.1.19
40 kHz Ultrasonic Bath Thermoline UB-410
Compressed Air Coregas 230142 Tank operating at 130 kPa
Computer Assisted Design Program SpaceClaim SpaceClaim Design Manager V19.1
Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide Sigma-Aldrich 415952
Ethanol Undenatured 100% AR ChemSupply EL043-2.5L-P
Ethanol Wash bottle Rowe Scientific AZLWGF541P
Fluorescence Imager Bio-Rad Gel Doc XR+ Uses a 302 nm gas discharge lamp as emission source
Light intensity power meter Newport 843-R
Mechanical Tester Mark–10 ESM303 1 kN force gauge M5–200
Moldable plastic film Parafilm PM992
N,N-dimethlacrylamide Sigma-Aldrich 274135
N,N-Dimethylformamide HPLC ChemSupply LC1051-G4L
Poly(ethylene glycol) diacrylate average Mn 250 Sigma-Aldrich 475629
Post Cure Lamp Leoway ‎B0869BY79P 60 W 405 nm
Standards document ASTM ASTM Standard D638-14
Tensile testing machine Mark-10
UV Light Fisher Scientific 11-982-30 6 W Spectroline E-Series, Gas discharge lamp
Vortex Mixer IKA Vortex 3 LabTek 3340000I

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References

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Corrigan, N., Boyer, C. 3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization. J. Vis. Exp. (180), e63538, doi:10.3791/63538 (2022).

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