ستيريوليثوجرافيك 3D الطباعة مع ثيوريا المتجددة
Summary
ويرد على بروتوكول لتصنيع المواد المضافة مع راتنجات صانعوا المتجددة على جهاز المجسمة.
Abstract
إمكانية الحصول على المواد المتجددة التكلفة التنافسية وتطبيقها في الصناعات التحويلية المضافة ضروري لاقتصاد بيولوجي فعال. علينا أن نظهر النماذج الأولية السريعة من راتنجات المستدامة باستخدام طابعة 3D ستيريوليثوجرافيك. تجري صياغة الراتنج بخلط مباشرة من مونومرات acrylate بيولوجي وليغومرات مع فوتوينيتياتيور وامتصاص الضوئية. يتم التحكم بواسطة مركب إلى نسبة أوليجومير اللزوجة الراتنج ويحدده رهيوميتير مع هندسة اللوحة موازية كدالة لمعدل القص. ويستخدم جهاز ستيريوليثوجرافيك اتهم مع راتنجات بيولوجي لإنتاج نماذج على شكل معقد بدرجة عالية من الدقة. المنتجات التي تتطلب علاج بعد، بما في ذلك الكحول الشطف واشعاع الأشعة فوق البنفسجية، لضمان علاج كاملة. القرار ميزة عالية وممتازة سطح التشطيب من النماذج الأولية كشفت عن طريق فحص المجهر الإلكتروني.
Introduction
النماذج الأولية السريعة يتيح حرية إنتاج وتصميم على الطلب ويسمح بنيات كفاءة تصنيع 3D في طريقة طبقة بطبقة1. نتيجة لذلك 3D الطباعة كأسلوب تصنيع قد تطورت بسرعة في السنوات الأخيرة2. وتتوفر مختلف التكنولوجيات، كل الاعتماد على ترجمة النماذج الافتراضية إلى الأشياء المادية، وتطبيق عمليات مثل البثق والتجميد مسحوق، ورقة التصفيح وترسب الطاقة المباشر فوتوبوليميريزيشن. هذا الأخير ينطوي على علاج الأشعة فوق البنفسجية التدرجي من راتنجات صانعوا السائل. في عام 1986، هال، وزملاء العمل وضع الجهاز المجسمة (جيش تحرير السودان)، طابعة الأشعة فوق البنفسجية 3D الليزر. في الآونة الأخيرة، أصبحت عملية مماثلة تسمى الضوء الرقمية التجهيز (DLP) المتاحة، وفي فوتوبوليميريزيشن التي يتم تهيئتها بواسطة بروجيكتور خفيفة. معا، دلب وجيش تحرير السودان هي المشار إليها المجسمة 3D الطباعة3.
ويطبق جيش لبنان الجنوبي في النماذج عالية الدقة وتصنيع الأجهزة الطبية الحيوية4،5. هذه التكنولوجيا متفوقة على ترسب تنصهر المستخدمة على نطاق واسع النمذجة (FDM) من حيث الدقة والتشطيب السطحي والقرار6. اعتماداً على بنية المنتج، تم دمج هيكل دعم في نموذج ثلاثي الأبعاد لتحقيق الاستقرار في البناء أثناء التصنيع. وعلاوة على ذلك، هو علاج بعد طباعة الأجزاء المصنعة المطلوبة7،8. عادة، يتم غسلها الكائنات المطبوعة في حمام الكحول لإذابة الراتنج الممتص، وعلاج اللاحقة في فرن الأشعة فوق البنفسجية يتم ضمان التحويل الكامل من البلمرة9.
وبصفة عامة، راتنجات لتصنيع المواد المضافة على أساس الطباعة الحجرية الاعتماد على نظم فوتوكورابل المحتوية على ثيوريا أو ايبوكسيدات متعدد الوظائف10. راتنجات صانعوا الحالية في السوق التجارية أساس الأحفوري ومكلفة، بينما هناك حاجة إلى توافر راتنجات المتجددة منخفضة التكلفة تيسيرا لتصنيع المنتجات ثلاثية الأبعاد المستدامة ل اقتصاد بيولوجي1 خالية من النفايات والمحلية , 6-في الآونة الأخيرة، وضعت وطبقت بنجاح في المجسمة 3D الطباعة11،12راتنجات صانعوا استناداً إلى ثيوريا المتجددة. في هذا البروتوكول مفصلاً، ندلل على النماذج الأولية السريعة مع راتنجات بيولوجي على جهاز ستيريوليثغرافي تجارية. هو إيلاء اهتمام خاص للخطوات الحاسمة في الإجراء، أي علاجات راتنج الصياغة والطباعة بعد، مساعدة الممارسين الجديدة في مجال تصنيع المواد المضافة.
Protocol
Representative Results
Discussion
يتم تطبيق التصنيع المضافة في تصنيع نماذج معدّة خصيصا وسلسلة صغيرة، عند ارتفاع تكاليف إنتاج كل جزء يمكن أن تتنافس مع العمليات التقليدية حيث لا حاجة لإنتاج قوالب وأدوات. وفي العقد الماضي، نمت الإيرادات من الخدمات والمنتجات ذات الصلة بتصنيع المواد المضافة بشكل كبير13. جزء أكبر م…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أيد “جرينباك البوليمر التطبيق المركز” هذه الدراسة كجزء من مشروع 140413: “3D الطباعة في الإنتاج”. نود أن نعترف ألبرت هارتمان، كورين van نورديني, Rens فإن ليوفن، بروينس أننييك، تامينجا فمكا، Jur van ديجكين وألبرت وورتمان لتسهيل إطلاق النار على الفيديو.
Materials
| Isobornyl acrylate | Sartomer | SA5102 | Acrylate monomer |
| 1,10-decanediol diacrylate | Sartomer | SA5201 | Acrylate monomer |
| Pentaerythritol tetraacrylate | Sartomer | SA5400 | Acrylate monomer |
| Multifunctional epoxy acrylate | Sartomer | SA7101 | Acrylate oligomer |
| Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (TPO), 97% | Sigma Aldrich | 415952 | Photoinitiator |
| 2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophene (BBOT), 99% | Sigma Aldrich | 223999 | Optical absorber |
| Isopropyl alcohol (IPA), 99% | Bleko | 1010500 | For alcohol bath (applied in Form Wash) |
| Paar Physica MCR300 | Anton Paar | – | Rheometer with parallel plate geometry |
| Form 2 Printer | Formlabs | – | Desktop SLA 3D printer |
| Form Wash | Formlabs | – | Washing station |
| Form Cure | Formlabs | – | UV oven |
| Instron 4301 1KN Series IX | Instron | – | Universal testing machine |
| Philips XL30 ESEM-FEG | Philips | – | Scanning electron microscope |
Riferimenti
- Van Wijk, A., van Wijk, I. . 3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy. , (2015).
- 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).
- Chia, H. N., Wu, B. M. Recent advances in 3D printing of biomaterials. Journal of Biological Engineering. 9, 4 (2015).
- Mechels, F. P. W., Feijen, J., Grijpma, D. W. A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering. Biomaterials. 31, 6121-6130 (2010).
- Skoog, S. A., Goering, P. L., Narayan, R. J. Stereolithography in tissue engineering. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 25, 845-856 (2014).
- Bhatia, S. K., Ramadurai, K. W. . 3D Printing and Bio-Based Materials in Global Health. , (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Decker, C. Light-induced crosslinking polymerization. Polymer International. 51, 1141-1150 (2002).
- Elliot, J. E., Bowman, C. N. Predicting network formation of free radical polymerization of multifunctional monomers. Polymer Reaction Engineering. 10, 1-19 (2002).
- 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).
- 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).
