Yöntem makalesi

Stereolithographic 3D baskı ile yenilenebilir İnceltilebilen

9.2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/58177

⸱

12 Eylül 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1Professorship Sustainable Polymers, NHL Stenden University of Applied Sciences, 2Macromolecular Chemistry and New Polymeric Materials, Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen

Bu makalede

Özet

Stereolitografi cihazları üzerinde yenilenebilir Fotopolimer reçineler ile katkı üretim için bir protokol sunulmuştur.

Özet

Rekabetçi maliyet yenilenebilir malzemeler ve bunların uygulama katkı imalat erişilebilirliğini verimli biobased ekonomisi için önemlidir. Biz bir stereolithographic 3D printerlere harcama maddeler kullanarak sürdürülebilir reçineler hızlı prototipleme göstermek. Reçine formülasyonu basit biobased akrilat monomerler ve reaksiyonlar bir photoinitiatior ve optik emici ile karıştırarak yer alır. Reçine viskozite monomer oligomer oranı tarafından denetlenir ve kesme hızı bir fonksiyonu olarak bir rheometer paralel plaka geometri ile belirlenir. Biobased reçine ile tahsil stereolithographic cihazları yüksek doğrulukta karmaşık şekilli prototip üretmek için istihdam edilmektedir. Ürünleri alkol durulama ve UV radyasyon vermeliyiz tam kür emin olmak için dahil olmak üzere, tedavi sonrası gerektirir. Yüksek özelliği çözünürlük ve mükemmel yüzey bir prototip bitirme elektron mikroskobu tarama tarafından saptandı.

Giriş

Hızlı prototipleme isteğe bağlı üretim ve tasarım özgürlüğü sağlar ve verimli üretim 3B katman katman şekilde1' yapıları sağlar. Sonuç olarak, 3D baskı imalat Teknik olarak son yıllarda2' hızla geliştirmiştir. Tüm sanal modelleri tercüme fiziksel nesneler güvenerek ve ekstrüzyon, doğrudan enerji birikimi, toz katılaşma, levha laminasyon ve photopolymerization gibi işlemleri uygulayarak çeşitli teknolojileri mevcuttur. İkinci kademeli UV sıvı Fotopolimer reçineler kür içerir. 1986'da, Hull ve iş stereolitografi aparatı (SLA), bir UV lazer tabanlı 3D yazıcı geliştirdi. Daha yakın zamanlarda, dijital ışık işleme (DLP) adı verilen bir benzer işlem hangi photopolymerization hafif bir projektör ile başlatılır kullanılabilir hale gelmiştir. Birlikte, DLP ve SLA stereolitografi 3D yazdırma3adlandırılır.

SLA yüksek çözünürlüklü prototip ve üretim / Biyomedikal Cihazlar4,5uygulanır. Yaygın olarak kullanılan erimiş birikimi (FDM) modelleme doğruluğu, yüzey ve çözünürlük6açısından üstün bir teknolojidir. Ürün mimari bağlı olarak, bir destek yapı yapı imalat sırasında stabilize etmek için 3D modeli entegre edilmiştir. Ayrıca, bir sonrası baskı üretilen parçaların gerekli7,8tedavidir. Tipik olarak, yazdırılan nesnelerin unreacted reçine çözülmeye bir alkol banyosu yıkanır ve sonraki bir UV fırında kür polimerizasyon9tam dönüşüm garanti altına almak için gerçekleştirilir.

Genel olarak, reçineler litografi tabanlı katkı maddesi üretimi için çok fonksiyonlu İnceltilebilen veya epoksitler10içeren photocurable sistemlerde güveniyor. Düşük maliyetli yenilenebilir reçineler kullanılabilirliğini atık-alerjik ve yerel üretim sürdürülebilir 3D ürün biobased ekonomi1 için kolaylaştırmak için gerekli ticari piyasada geçerli Fotopolimer reçineler fosil tabanlı ve pahalı, iken , 6. son zamanlarda, Fotopolimer reçineler yenilenebilir İnceltilebilen göre geliştirilmiş olup başarıyla uygulanan stereolitografi 3D yazdırma11,12'. Bu ayrıntılı iletişim kuralında, biz hızlı prototipleme biobased reçineler üzerinde bir ticari stereolitografi aparatı ile göstermek. Özel dikkat reçine formülasyonu ve sonrası yazdırma tedaviler katkı imalat alanında yeni uygulayıcıları yardımcı olmak için yordamda, Yani, kritik adımları ödenir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Dikkat: Lütfen ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce danışın.

1. Photocurable reçine hazırlanması

Not: Lütfen aşağıdaki yordamı sırasında kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, önlük) kullanın. Daha fazla ayrıntı için önceki bizim iş12 bu bölümüne bakın.

  1. 50 g 1,10-decanediol diacrylate (SA5201) 500 mL Erlenmeyer flask dökün.
  2. 1.0 g ekleyin diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) fosfamin oksit (TPO) ve 2,5 - 0.40 gBIS(5 -tert-butil-benzoxazol-2-yl) tiyofen (BBOT) şişeye için.
  3. Şişeye bir mekanik karıştırıcı ile donatmak ve TPO ve BBOT akrilat monomer çözmek için oda sıcaklığında 5 min için 200 devirde karışımı ilave edin.
  4. 100 g pentaerythritol tetraacrylate ve çok fonksiyonlu epoksi akrilat 100 g ekleyin ( Tablo malzemelerigörmek) karışımı için.
  5. Karışımı 30 min 50 ° c homojen bir reçine sağlamak için 200 devirde ilave edin.
  6. Mekanik karıştırıcı kaldırmak ve şişeye bir tıpa ile uygun. Şişeye ışıktan biobased akrilat fotopolimer reçine (BAPR) korumak için alüminyum folyo sarılı.
    Not: Protokol burada duraklatılmış.
  7. Bir rheometer photoresin ile paralel-plaka geometri ile alt plaka kapak.
  8. 1 mm plakalar arasındaki boşluğu ayarla ve rheometer UV Işınlarına dayanıklı bir kukuleta ile kaplayın.
  9. Kesme hızlarında 0.1 100 s-1oda sıcaklığında reçine viskozite ölçmek; Örneğin,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 ve 100 s-1.

2. Stereolithographic 3D baskı ile Biobased İnceltilebilen

Not: daha fazla ayrıntı için önceki bizim iş12 bu bölümüne bakın.

  1. SLA 3D yazıcıyı açın ve açık modunu seçin.
  2. Model hazırlama yazılımı bir bilgisayarda başlatın. İstenen yazdırma ayarlarını seçin: malzeme (Clear), sürüm (V4) ve kalınlığı (50 µm).
  3. Karmaşık şekilli prototip, bir standart mozaik dili (.stl) dosyası dijital modeli açın (bkz. Ek kodlama dosyası) ve yapı platformu üzerinde yönlendirme ve konumunu seçin.  Modeli hazırlık yazılımından yazdırma işi SLA 3D yazıcıya yükleyin.
    Not: ürün mimari bağlı olarak, bir destek yapı yapı imalat sırasında stabilize etmek için 3D modeli entegre edilebilir. Karmaşık şekilli prototip aşağıda gösterildiği durumunda bir destek yapı yapı yön normal yazdırıldıysa gerekli değildir.
  4. Biobased photoresin 200 mL reçine tankı dökün. 3D yazıcıyı açın ve reçine tankı düzgün monte edin.
  5. Yapı platform monte ve 3D yazıcıyı kapatın.
  6. Yazdırma işi başlatır.
  7. 3D yazıcının karmaşık şekilli prototip imal izin.  Yazdırma işinin bitmesini yazıcıyı açın.
    Not: yazdırmadan önce 3D yazıcı dümdüz edildi emin olun. Gösterdiği için UV Lazer dalga boyu 405 protokoldür nm. Yazdırma nesnesinin 2,5 h zamanı.

3. tedavi sonrası 3B nesnelerin yazdırılan

Not: Lütfen aşağıdaki yordamı sırasında kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven) kullanın.

  1. Yazdırma işi tamamlandığında yazıcıyı açın. Yapı platformu bağlı üretilen parçalar ile alın ve yazıcıyı kapatın.
  2. İzopropil alkol ile dolu yıkama istasyonu açın ve yapı platformu yerleştirin. Yordam ve durulama için herhangi bir unreacted reçine kaldırmak 20 dk başlatın.
  3. Durulama yordamı tamamlandığında, yapı platformu çamaşır biriminden çıkarmak ve prototip yapı platformdan ayır.
  4. Hava bir prototip Kuru 30 dk için izin. Bu arada, 60 ° C'de UV fırın
    Not: Ön ısıtma en az 15 dakika sürer. UV dalga fırın boyu 405 mi nm, SLA lazer dalga boyu aynı.
  5. UV fırın açın ve hızlı bir şekilde prototip dönen platformda yer. 60 ° C'de tam dönüşüm sağlamak için 60 dk için cure UV fırın kapatın.
  6. Sonrası kür yordamı tamamlandığında, UV fırın açmak ve bir prototip.

4. karmaşık şekilli prototip yüzey morfolojisi karakterizasyonu

Not: daha fazla ayrıntı için önceki bizim iş12 bu bölümüne bakın.

  1. CA. 1 cm iç sarmal bir jilet kullanarak karmaşık şekilli prototipten kes.
  2. Çift taraflı karbon iletken teyp ile örnek sahibi örnek iliştirin.
  3. Görüntüleme önce örnek 30 kat nm Pt/Pd (80:20) sputtering bir sistemde.
  4. Örnek bir taramalı elektron mikroskobu 5 hızlanan bir gerilim çalışma eklemek kV. 30 X örnek birkaç görüntü ve 120 X büyütme elde etmek.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Dört temsilcisi reçine besteleri bileşenleri bireysel M.Ö türetilmiş Tablo 1, onların ortalama biobased karbon içerik ile birlikte (M.Ö.) görüntülenir. Reçine viskozite (Şekil 1) oranı akrilat monomerler ve reaksiyonlar tarafından etkilenir ve genellikle Newton davranışı gösterir. Mekanik özellikleri çeşitli reçineler üretilen parçaların stres gerginlik analiz tarafından belirlenmiştir. Şekil 2 E-modül ve gerilme...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Üretim kalıpları ve araçları gerek yok olduğundan yüksek üretim maliyetleri bölüm başına geleneksel süreçleri ile rekabet edebilecek katkı imalat imalatı terzi prototipleri ve küçük serisi, uygulanır. Son on yılda, hizmetleri ve ürünleri için katkı imalat ile ilgili gelirleri13katlanarak büyüdü. Büyük malzeme satış photopolymers bölümüdür. Büyüme dikkat çekti ve büyük sanayi, Örneğin, Havacılık ve uzay, otomotiv, medikal yatırımları. Bu nedenle, 3D baskı alanında gelecek yıllarda daha da ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu çalışmada Proje 140413 bir parçası olarak GreenPAC polimer Uygulama Merkezi tarafından desteklenmiştir: "3D baskı üretiminde". Albert Hartman, Corinne van Noordenne kabul etmek istiyoruz, van Rens Leeuwen, Anniek Bruins, Femke Tamminga, Jur van Dijken ve Albert Woortman video çekim kolaylaştırmak için.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
İzobornil akrilat SartomerSA5102Akrilat monomer
1,10-dekandiol diakrilatSartomerSA5201Akrilat monomer
Pentaeritritol tetraakrilatSartomerSA5400Akrilat monomer
Çok fonksiyonlu epoksi akrilatSartomerSA7101Akrilat oligomer
Difenil (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfin oksit (TPO),% 97Sigma Aldrich415952Foto başlatıcı
2,5-bis (5- tert< / em>-butil-benzoksazol-2-il) tiyofen (BBOT)% 99Sigma Aldrich223999Optik emici
İzopropil alkol (IPA),% 99Bleko1010500Alkol banyosu için (Form Yıkamada uygulanır)
Paar Physica MCR300 Anton Paar-Reometreparalel plaka geometrili
Form 2 Yazıcı, Formlabs-MasaüstüSLA, 3D yazıcı
Form Yıkama Formlabs-Yıkamaistasyonu
Form CureFormlabs-UVfırın
Instron 4301 1KN Series IXInstron-Universaltest cihazı
Philips XL30 ESEM-FEG PhilipsTaramalıelektron mikroskobu
, ,

Kaynaklar

  1. Van Wijk, A., van Wijk, I. 3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy. , IOS Press. Amsterdam. (2015).
  2. Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. Evaluation of 3D Printing and Its Potential Impact on Biotechnology and the Chemical Sciences. Analytical Chemistry. 86, 3240-3253 (2014).
  3. Chia, H. N., Wu, B. M. Recent advances in 3D printing of biomaterials. Journal of Biological Engineering. 9, 4(2015).
  4. Mechels, F. P. W., Feijen, J., Grijpma, D. W. A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering. Biomaterials. 31, 6121-6130 (2010).
  5. Skoog, S. A., Goering, P. L., Narayan, R. J. Stereolithography in tissue engineering. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 25, 845-856 (2014).
  6. Bhatia, S. K., Ramadurai, K. W. 3D Printing and Bio-Based Materials in Global Health. , Springer. Cham. (2017).
  7. Oskui, S. M., Diamante, G., Liao, C., Shi, W., Gan, J., Schlenk, D., Grover, W. H. Assessing and Reducing the Toxicity of 3D-Printed Parts. Environmental Science & Technology Letters. 3, 1-6 (2016).
  8. Gong, H., Beauchamp, M., Perry, S., Woolley, A. T., Nordin, G. P. Optical approach to resin formulation for 3D printed microfluidics. RSC Advances. 5, 106621-106632 (2015).
  9. Zarek, M., Layani, M., Cooperstein, I., Sachyani, E., Cohn, D., Magdassi, S. 3D printing of shape memory polymers for flexible electronic devices. Advanced Materials. 28, 4449-4454 (2016).
  10. Ligon-Auer, S. C., Schwentenwein, M., Gorsche, C., Stampfl, J., Liska, R. Toughening of photo-curable polymer networks: A review. Polymer Chemistry. 7, 257-286 (2016).
  11. Miao, S., Zhu, W., Castro, N. J., Nowicki, M., Zhou, X., Cui, H., Fisher, J. P., Zhang, L. G. 4D printing smart biomedical scaffolds with novel soybean oil epoxidized acrylate. Scientific Reports. 6, 27226(2016).
  12. 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. Biobased acrylate photocurable resin formulation for stereolithographic 3D printing. ACS Omega. 3, 1403-1408 (2018).
  13. Ligon-Auer, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mülhaupt, R. Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing. Chemical Reviews. 117, 10212-10290 (2017).
  14. Weng, Z., Zhou, Y., Lin, W., Senthil, T., Wu, L. Structure-property relationship of nano enhanced stereolithography resin for desktop SLA 3D printer. Composites: Part A. 88, 234-242 (2016).
  15. Scalera, F., Esposito Corcione, C., Montagna, F., Sannino, A., Maffezzoli, A. Development and characterization of UV curable epoxy/hydroxyapatite suspensions for stereolithography applied to bone tissue engineering. Ceramics International. 40, 15455-15462 (2014).
  16. Lee, H., Fang, N. X. Micro 3D Printing using a digital projector and its application in the study of soft materials mechanics. Journal of Visualized Experiments. (69), e4457(2012).
  17. Huemer, K., Squirrell, J. M., Swader, R., Pelkey, K., LeBert, D. C., Huttenlocher, A., Eliceiri, K. W. Long-term live imaging device for improved experimental manipulation of zebrafish larvae. Journal of Visualized Experiments. (128), e56340(2017).
  18. Decker, C. Light-induced crosslinking polymerization. Polymer International. 51, 1141-1150 (2002).
  19. Elliot, J. E., Bowman, C. N. Predicting network formation of free radical polymerization of multifunctional monomers. Polymer Reaction Engineering. 10, 1-19 (2002).
  20. Ellakwa, A., Cho, N., Lee, I. B. The effect of resin matrix composition on the polymerization shrinkage and rheological properties of experimental dental composites. Dental Materials. 23, 1229-1235 (2007).
  21. Charton, C., Falk, V., Marchal, P., Pla, F., Colon, P. Influence of Tg, viscosity and chemical structure of monomers on shrinkage stress in light-cured dimethacrylate-based dental resins. Dental Materials. 23, 1447-1459 (2007).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Re ine Form lasyonuBiyo tabanl Re inelerSLA 3D Yaz cViskozite l mBask Sonras lemTaramal Elektron MikroskobuMonomer Oligomer OranUV K rleme

İlgili makaleler