הדפסה תלת-ממדית Stereolithographic עם Acrylates מתחדשת
Summary
פרוטוקול לייצור תוסף עם שרפים מתחדשת photopolymer על מנגנון stereolithography מוצג.
Abstract
הנגישות של חומרי מתחדשת תחרותי עלות ויישומם בייצור תוסף חיוני עבור כלכלה biobased יעיל. נדגים את שטנץ מהירה של שרפים בר קיימא באמצעות מדפסת תלת-ממד stereolithographic. ניסוח שרף מתקיים על ידי ערבוב פשוטה של biobased אקרילט מונומרים ו oligomers עם photoinitiatior, בולם אופטי. שרף צמיגות נשלטת על ידי מונומר אוליגומר יחס, נקבע כפונקציה של שיעור הטיה על ידי rheometer עם גאומטריה צלחת מקבילים. מנגנון stereolithographic מואשם שרפים biobased הוא מועסק כדי לייצר טיפוס בצורת מורכבים עם רמת דיוק גבוהה. המוצרים דורשים טיפול פוסט, כולל אלכוהול שטיפה, הקרנת UV, כדי להבטיח ריפוי מלא. רזולוציה גבוהה תכונה של גימור של אבות-טיפוס מעולה השטח מתגלה על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.
Introduction
שטנץ מהירה מאפשר חופש הפקה ועיצוב לפי דרישה ומאפשר שייצור יעיל של תלת-ממד בונה ב שכבה-על האופן1. כתוצאה מכך, הדפסת תלת-ממד כמו טכניקה ייצור פיתחה במהירות בשנים האחרונות2. טכנולוגיות שונות זמינות, כל הסתמכות על התרגום של מודלים וירטואליים לתוך עצמים פיזיים, ויישום תהליכים כגון הבלטה, התצהיר ישיר אנרגיה, אבקת התמצקות, למינציה גיליון ו- photopolymerization. האחרון כרוך stepwise UV לריפוי שרפים photopolymer נוזלי. בשנת 1986, גוף ועמיתים פיתח מנגנון stereolithography (SLA), UV מבוססת לייזר מדפסת תלת-ממד. לאחרונה, תהליך דומה הנקרא אור דיגיטלי עיבוד (DLP) הפך זמין, אשר photopolymerization הוא שיזם מקרן אור. יחד, dlp® ו- SLA מכונים stereolithography הדפסה 3D3.
SLA מיושמת שטנץ ברזולוציה גבוהה ייצור של התקנים ביו4,5. טכנולוגיה זו עדיפה העדות מאוחה בשימוש נרחב דוגמנות (FDM) מבחינת דיוק, גימור פני השטח, רזולוציה6. בהתאם הארכיטקטורה של המוצר, מבנה תמיכה משולב דגם התלת-ממד כדי לייצב את הבונה במהלך ייצור. יתר על כן, טיפול פוסט-הדפסה של החלקים הוא נדרש7,8. בדרך כלל, מודפסים אובייקטים נשטפים באמבט אלכוהול כדי להמיס שרף unreacted, ריפוי עוקבות בתנור UV מבוצע כדי להבטיח המרה מלאה של פלמור9.
באופן כללי, שרפים לייצור תוסף מבוסס-ליתוגרפיה מסתמכים על מערכות photocurable המכיל acrylates או epoxides רב תכליתיים10. שרפים photopolymer הנוכחי בשוק המסחרי הם מאובנים מבוססי, יקר, בעוד הזמינות של שרפים מתחדשת נמוכים יש צורך להקל ללא פסולת ומקומיים בייצור של מוצרים בני-קיימא תלת-ממד עבור הכלכלה biobased1 , 6. לאחרונה, שרפים photopolymer מבוסס על acrylates מתחדשת היו להתפתח והחיל בהצלחה stereolithography 3D ההדפסה11,12. ב פרוטוקול מפורט זה, נדגים את שטנץ מהירה עם שרפים biobased על מנגנון stereolithography מסחרי. תשומת לב מיוחדת לשלבים קריטיים בשגרה, קרי, טיפולים ניסוח והדפסת פוסט-שרף, כדי לעזור למתרגלים חדשים בתחום הייצור מוספים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הייצור מוספים מוחלת על ייצור של תפורים אבי טיפוס וסדרות קטנות, עלויות ייצור גבוהות יותר לכל חלק יכול להתחרות עם תהליכים המקובלת מאחר שאין צורך לייצור תבניות וכלים. בעשור האחרון, הרווחים של שירותים ומוצרים הקשורים הייצור מוספים גדלו בצורה אקספוננציאלית13. השבר הגדול של מכירות …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי מרכז יישום פולימר GreenPAC במסגרת פרויקט 140413: “הדפסת תלת-ממד בייצור”. ברצוננו להודות אלברט הרטמן, קורין ון Noordenne, המקומות ואן Leeuwen, Anniek ברואינס, Femke Tamminga, Jur ואן Dijken, אלברט Woortman להקלה על הירי וידאו.
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).
