3D Baskı ve Tip I Foto-Başlatılmış Geri Dönüşümlü Ekleme-Parçalanma Zinciri Transfer Polimerizasyonu ile In Situ Yüzey Modifikasyonu

Özet

Mevcut protokol, tip I foto-başlatılmış geri dönüşümlü ekleme-parçalanma zinciri transfer polimerizasyonu kullanılarak polimerik malzemelerin dijital ışık işleme tabanlı 3D baskısını ve ardından yüzey aracılı polimerizasyon yoluyla in situ malzeme post-fonksiyonelleştirmesini açıklamaktadır. Fotoindüklenmiş 3D baskı, bağımsız olarak uyarlanmış ve mekansal olarak kontrol edilen toplu ve ara yüz özelliklerine sahip malzemeler sağlar.

Özet

3D baskı, geometrik olarak karmaşık malzemelere kolay erişim sağlar. Bununla birlikte, bu malzemeler reçinenin kimyasal bileşimine bağlı olarak içsel olarak bağlantılı kütle ve ara yüzey özelliklerine sahiptir. Mevcut çalışmada, 3D baskılı malzemeler, 3D yazıcı donanımı kullanılarak ikincil bir yüzey tarafından başlatılan polimerizasyon işlemi yoluyla işlevselleştirilerek toplu ve ara yüzey malzemesi özellikleri üzerinde bağımsız kontrol sağlanmaktadır. Bu süreç, monofonksiyonel bir monomer, çapraz bağlanan çok işlevli bir monomer, polimerizasyonun başlatılmasını sağlayan fotokimyasal olarak kararsız bir tür ve kritik olarak, geri dönüşümlü ekleme-parçalanma zinciri transferini (RAFT) polimerizasyonunu kolaylaştıran bir tiyokarboniltiyo bileşiği içeren sıvı reçinelerin hazırlanmasıyla başlar. Genellikle bir RAFT ajanı olarak bilinen tiyokarboniltiyo bileşiği, zincir büyüme polimerizasyon işlemine aracılık eder ve polimerik malzemelere daha homojen ağ yapıları sağlar. Sıvı reçine, mekansal olarak kontrol edilen geometrilere sahip üç boyutlu malzemeler vermek için ticari olarak temin edilebilen bir dijital ışık işleme 3D yazıcı kullanılarak katman katman kürlenir. İlk reçine çıkarılır ve fonksiyonel monomerler ve fotobaşlatıcı türler içeren yeni bir karışımla değiştirilir. 3D baskılı malzeme daha sonra yeni fonksiyonel monomer karışımının varlığında 3D yazıcıdan gelen ışığa maruz bırakılır. Bu, fotoindüklenmiş yüzey tarafından başlatılan polimerizasyonun, 3D baskılı malzemenin yüzeyindeki gizli RAFT ajan gruplarından meydana gelmesini sağlar. Her iki reçinenin kimyasal esnekliği göz önüne alındığında, bu işlem uyarlanabilir dökme ve ara yüzey özelliklerine sahip çok çeşitli 3D baskılı malzemelerin üretilmesine izin verir.

Giriş

Eklemeli üretim ve 3D baskı, geometrik olarak karmaşık malzemelerin üretimi için daha verimli ve kolay yollar sağlayarak malzeme üretiminde devrim ^yarattı1. 3D baskıdaki gelişmiş tasarım özgürlüklerinin yanı sıra, bu teknolojiler, katman katman üretim sürecinde öncü malzemelerin akıllıca kullanılması yoluyla geleneksel çıkarma üretim süreçlerinden daha az atık üretir. 1980'lerden bu yana, polimerik, metal ve seramik bileşenleri üretmek için çok çeşitli farklı 3D baskı teknikleri ^{geliştirilmiştir1}. En yaygın kullanılan yöntemler arasında kaynaşmış filament üretimi ve doğrudan mürekkep yazma ^tekn....

Protokol

1. 3D baskı programının ve 3D yazıcının hazırlanması

1. Aşağıdaki adımları izleyerek 3B baskı için dijital modeli tasarlayın.
   1. Bilgisayar destekli bir tasarım programı açın (bkz.
   2. X-y düzleminde, 80 mm x 40 mm boyutlarına sahip orijin üzerinde ortalanmış bir dikdörtgen oluşturun, ardından temel nesne adı verilen katı bir dikdörtgen prizma yapmak için 1,5 mm boyunca pozitif z ekseni boyunca ekstrüzyon yapın.
   3. Temel nesnenin üstünde, yani z = 1,5 mm'de, dikdörtgen prizmanın yüzeyine istenen yüzey desenlerini (bu durumda iki yin-yang sembolü) çizin.
   4. Temel nesneye göre hafifçe yükseltilmiş bir ....

Sonuçlar

3D baskı ve yüzey işlevselliği için genel prosedür Şekil 1'de gösterilmiştir. Bu protokolde, bir ağ polimeri başlangıçta bir nesneyi katman katman bir işlemde üretmek için bir 3D yazıcı kullanılarak fotoindüklenmiş bir RAFT polimerizasyon ^işlemi15 aracılığıyla sentezlenir (Şekil 1A). Polimer ağını oluşturmak için kullanılan toplu reçine, 405 nm ışığa maruz kaldığında radikaller üreten fotolabil bir başlatıcı tür (TPO) içerir. Bu .......

Tartışma

Mevcut protokol, bağımsız olarak ayarlanabilir kütle ve ara yüzey özelliklerine sahip polimer malzemelerin 3D baskısı için bir süreç göstermektedir. Prosedür, taban alt tabakasını 3D yazdırarak ve daha sonra farklı bir işlevsel reçine kullanarak, ancak aynı 3D baskı donanımını kullanarak 3D yazdırılan nesnenin yüzey katmanını değiştirerek iki adımlı bir yöntemle gerçekleştirilir. Bu çalışmada kullanılan 3D yazıcılar, çapraz bağlı malzemeleri katman katman basmak için tasarlanırken, yüzey işlevselliği de aynı don.......

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
1-pirenmetil metakrilat	Sigma-Aldrich	765120
2- (n< / em>-butiltiokarbonotiyoylthio) propanoik asit	Bor Moleküler	BM1640
3D Yazıcı	Foton	Mono Dijital	maske yüzeyinde S ışık yoğunluğu = 0.81 mW cm-2
3D Baskı Dilimleme Yazılımı	Foton	Foton Atölyesi V2.1.19
40 kHz Ultrasonik Banyo	Thermoline	UB-410
130 kPa'da çalışan	Basınçlı Hava	Coregas	230142
Bilgisayar Destekli Tasarım Programı	SpaceClaim	SpaceClaim Tasarım Yöneticisi V19.1
Difenil (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfin oksit	Sigma-Aldrich	415952
Etanol Denatüre Edilmemiş %100	AR ChemSupply	EL043-2.5LP
Etanol Yıkama şişesi	Rowe Scientific	AZLWGF541P
Floresan Görüntüleyici	Bio-Rad	Gel Doc XR +	Emisyon kaynağı olarak 302 nm gaz deşarj lambası kullanır
Işık yoğunluğu güç ölçer	Newport	843-R
Mekanik Test Cihazı	Mark– 10	ESM303	1 kN kuvvet ölçer M5– 200
Kalıplanabilir plastik film	Parafilm	PM992
N, N-dimetlakrilamit	Sigma-Aldrich	274135
NN-Dimetilformamid HPLC	ChemSupply	LC1051-G4L
Poli (etilen glikol) diakrilat ortalaması Mn 250	Sigma-Aldrich	475629
Kür Sonrası Lamba	Leoway	& lrm; B0869BY79P	60 W 405 nm
Standartlar belgesi	ASTM	Standardı D638-14
Çekme test cihazı	Mark-10
UV Light	Fisher Scientific	11-982-30	6 W Spectroline E-Serisi, Gaz deşarj lambası
Vorteks Karıştırıcı IKA Vortex 3	LabTek	3340000I

Tankı