Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يصف هذا البروتوكول الطباعة الرقمية ثلاثية الأبعاد القائمة على معالجة الضوء للمواد البوليمرية باستخدام بلمرة سلسلة الإضافة والشظايا القابلة للعكس من النوع الأول والمعالجة الضوئية اللاحقة لما بعد التشغيل عن طريق البلمرة بوساطة السطح. توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالصور مواد ذات خصائص سائبة وبينية مصممة بشكل مستقل ويتم التحكم فيها مكانيا.

Abstract

توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد وصولا سهلا إلى المواد المعقدة هندسيا. ومع ذلك ، فإن هذه المواد لها خصائص سائبة وبينية مرتبطة ارتباطا جوهريا تعتمد على التركيب الكيميائي للراتنج. في العمل الحالي ، يتم تشغيل المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد بعد التشغيل باستخدام أجهزة الطابعة ثلاثية الأبعاد عبر عملية بلمرة ثانوية تبدأ على السطح ، وبالتالي توفير تحكم مستقل في خصائص المواد السائبة والبينية. تبدأ هذه العملية بتحضير الراتنجات السائلة ، التي تحتوي على مونومر أحادي الوظيفة ، ومونومر متعدد الوظائف متقاطع ، ونوع من اللابلين كيميائيا الضوئي الذي يمكن من بدء البلمرة ، والأهم من ذلك ، مركب ثيوكربونيل ثيو الذي يسهل بلمرة نقل سلسلة الإضافة والتجزئة القابلة للانعكاس (RAFT). يتوسط مركب ثيوكربونيل ثيو ، المعروف باسم عامل RAFT ، عملية بلمرة نمو السلسلة ويوفر المواد البوليمرية مع هياكل شبكة أكثر تجانسا. يتم علاج الراتنج السائل بطريقة طبقة تلو الأخرى باستخدام طابعة 3D لمعالجة الضوء الرقمي متاحة تجاريا لإعطاء مواد ثلاثية الأبعاد لها هندسة يتم التحكم فيها مكانيا. تتم إزالة الراتنج الأولي واستبداله بخليط جديد يحتوي على مونومرات وظيفية وأنواع ضوئية. ثم تتعرض المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد للضوء من الطابعة ثلاثية الأبعاد في وجود خليط مونومر وظيفي جديد. هذا يسمح للبلمرة السطحية المستحثة ضوئيا أن تحدث من مجموعات عوامل RAFT الكامنة على سطح المواد المطبوعة 3D. بالنظر إلى المرونة الكيميائية لكلا الراتنجتين ، تسمح هذه العملية بإنتاج مجموعة واسعة من المواد المطبوعة 3D بخصائص سائبة وبين الوجوه قابلة للتخصيص.

Introduction

لقد أحدث التصنيع المضاف والطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة في تصنيع المواد من خلال توفير طرق أكثر كفاءة وسهولة لتصنيع المواد المعقدة هندسيا1. بصرف النظر عن حريات التصميم المحسنة في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تنتج هذه التقنيات نفايات أقل من عمليات التصنيع المطروحة التقليدية من خلال الاستخدام الحكيم لمواد السلائف في عملية تصنيع طبقة تلو الأخرى. منذ 1980s ، تم تطوير مجموعة واسعة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة لتصنيع المكونات البوليمرية والمعدنية والخزفية1. تشمل الطرق الأكثر شيوعا الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على البثق مثل تصنيع الخيوط المنصهرة وتقنيات الكتابة بالحبر المباشر2 ، وتقنيات التلبيد مثل التلبيد الانتقائي بالليزر 3 ، بالإضافة إلى تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على الراتنج مثل الطباعة الحجرية المجسمة القائمة على الليزر والإسقاط وتقنيات معالجة الضوء الرقمي المقنع4 . من بين العديد من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة اليوم ، توفر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالضوء بعض المزايا مقارنة بالطرق الأخرى ، بما في ذلك الدقة العالية وسرعات الطباعة الأسرع ، بالإضافة إلى القدرة على إجراء تصلب الراتنج السائل في درجة حرارة الغرفة ، مما يفتح إمكانية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد الحيوية المتقدمة4,5,6,7,8, 9.

في حين أن هذه المزايا قد سمحت باعتماد الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في العديد من المجالات، فإن القدرة المحدودة على تخصيص خصائص المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد بشكل مستقل تقيد التطبيقات المستقبلية10. على وجه الخصوص ، فإن عدم القدرة على تكييف الخواص الميكانيكية السائبة بسهولة بشكل مستقل عن الخصائص البينية تحد من التطبيقات مثل الغرسات ، والتي تتطلب أسطح متوافقة بيولوجيا مصممة بدقة وغالبا ما تختلف الخصائص السائبة اختلافا كبيرا ، بالإضافة إلى الأسطح المضادة للحشف والمضادة للبكتيريا ، ومواد الاستشعار ، وغيرها من المواد الذكية11،12،13 . اقترح الباحثون تعديل سطح المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد للتغلب على هذه المشكلات لتوفير خصائص سائبة وبينية أكثر قابلية للتخصيص بشكل مستقل10،14،15.

في الآونة الأخيرة ، طورت مجموعتنا عملية طباعة ثلاثية الأبعاد مستحثة بالضوء تستغل بلمرة نقل سلسلة الإضافة والتجزئة القابلة للانعكاس (RAFT) للتوسط في تخليق البوليمر في الشبكة 15,16. بلمرة RAFT هي نوع من البلمرة الجذرية القابلة للتعطيل القابلة للعكس التي توفر درجة عالية من التحكم في عملية البلمرة وتسمح بإنتاج مواد جزيئية كبيرة ذات أوزان وطوبولوجيات جزيئية مضبوطة بدقة ، ونطاق كيميائي واسع 17،18،19. والجدير بالذكر أن مركبات ثيو كربونيل ثيو ، أو عوامل RAFT ، المستخدمة أثناء بلمرة RAFT يتم الاحتفاظ بها بعد البلمرة. وبالتالي يمكن إعادة تنشيطها لزيادة تعديل الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمادة الجزيئية الكبيرة. وبالتالي ، بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن إعادة تنشيط عوامل RAFT النائمة هذه على أسطح المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد في وجود مونومرات وظيفية لتوفير أسطح مواد مخصصة20،21،22،23،24،25،26. تملي البلمرة السطحية الثانوية خصائص المواد بين الوجوه ويمكن إجراؤها بطريقة يتم التحكم فيها مكانيا عن طريق البدء الكيميائي الضوئي.

يصف هذا البروتوكول طريقة لطباعة المواد البوليمرية 3D عبر عملية بلمرة RAFT المستحثة بالضوء وتعديل السطح اللاحق في الموقع لتعديل الخصائص البينية بشكل مستقل عن الخواص الميكانيكية للمواد السائبة. بالمقارنة مع أساليب الطباعة 3D السابقة وتعديل السطح ، فإن البروتوكول الحالي لا يتطلب إزالة الأكسجين أو غيرها من الشروط الصارمة ، وبالتالي يمكن الوصول إليه بسهولة لغير المتخصصين. علاوة على ذلك ، فإن استخدام أجهزة الطباعة 3D لأداء كل من تصنيع المواد الأولية والسطح بعد الوظيفة يوفر التحكم المكاني في خصائص المواد ويمكن تنفيذه دون محاذاة مملة للعديد من الأقنعة الضوئية المختلفة لإنشاء أنماط معقدة.

Protocol

1. إعداد برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد والطابعة ثلاثية الأبعاد

  1. تصميم النموذج الرقمي للطباعة 3D باتباع الخطوات أدناه.
    1. افتح برنامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر (انظر جدول المواد).
    2. في المستوى x-y ، قم بإنشاء مستطيل يتمركز حول الأصل بأبعاد 80 مم × 40 مم ، ثم قم بالبثق على طول المحور z الموجب ل 1.5 مم لإنشاء منشور مستطيل صلب ، يسمى الجسم الأساسي.
    3. فوق الجسم الأساسي ، أي عند z = 1.5 مم ، ارسم أنماط السطح المطلوبة (في هذه الحالة ، رمزان yin-yang) على سطح المنشور المستطيل.
    4. ابثق أنماط السطح في مناطق محددة 0.05 مم على طول المحور z الموجب لإنشاء نمط مرتفع قليلا بالنسبة للجسم الأساسي.
    5. تصدير نموذج 3D لتوفير ملف الطباعة الحجرية المجسمة مع . ملحق ملف STL.
      ملاحظة: في هذا العمل، تم تصميم عينات على شكل عظام الكلاب27. لطباعة الطرز الأخرى المطلوبة، اتبع الخطوات 1.1.1-1.1.5.
    6. افتح برنامج تقطيع طابعة 3D (انظر جدول المواد) لتمكين إعدادات الطبقة الواحدة.
    7. افتح المحول . ملفات STL من القرص الصلب للكمبيوتر بالنقر فوق ملف > فتح ثم الانتقال إلى المحفوظ . ملف المحكمة.
    8. رتب نماذج 3D على منصة البناء باستخدام أزرار "تدوير النموذج" و "نقل النموذج" لتناسب 1 مم على الأقل بين جميع الكائنات في مرحلة البناء.
    9. عن طريق إدخال نص في مربعات حقل الإدخال في اللوحة اليمنى ، قم بتغيير المعلمات كما هو مذكور في الجدول 1.
    10. انقر فوق الزر "شريحة " الأزرق في الزاوية السفلية اليسرى واحفظه كملف شريحة مع امتداد. PWS أو غيرها من طابعة 3D ملف شرائح قابلة للقراءة.
    11. انقر فوق الزر معاينة بمجرد ظهور القائمة المنبثقة وانتقل عبر الطبقات المقطعة باستخدام شريط التمرير على الجانب الأيمن. لاحظ بعناية أرقام الطبقة للطبقة الأساسية الأخيرة (الطبقة 29 في هذه الحالة) وطبقة النمط السطحي (30 في هذه الحالة).
      ملاحظة: الطبقة المطبوعة الأولى هي "الطبقة 0" وليس "الطبقة 1".
    12. في اللوحة اليسرى، حدد إعدادات الطبقة الواحدة، ثم قم بتوسيع القائمة المنسدلة.
    13. قم بتغيير "وقت (وقتات) التعريض الضوئي" للطبقة السطحية فقط (الطبقة 30) إلى 180 ثانية، مع ترك جميع أوقات تعرض الطبقة الأخرى كقيمة افتراضية.
    14. انقر فوق الزر " حفظ" في الزاوية العلوية اليسرى لحفظ الملف المقطع إلى USB.
  2. إعداد طابعة 3D.
    1. أدخل USB الذي يحتوي على الملف المقطع إلى شرائح في طابعة 3D (انظر جدول المواد).
    2. قبل الطباعة ثلاثية الأبعاد، قم بتسوية مرحلة البناء ومعايرة موضع المحور z إلى z = 0 باتباع طريقة الطابعة ثلاثية الأبعاد المحددة (المعايرة اليدوية أو التلقائية بعد دليل الطابعة ثلاثية الأبعاد).
    3. افحص فيلم ضريبة القيمة المضافة للطابعة 3D لضمان سطح أملس ونظيف خال من العيوب.
    4. إذا ظهر فيلم ضريبة القيمة المضافة تالفا، فاستبدله وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.

2. تحضير الراتنجات

ملاحظة: يتم تصنيف الراتنجات على أنها "راتنج سائب" للراتنج المستخدم في طباعة المواد الأصلية 3D (الركيزة الأساسية) و "راتنج السطح" للمحلول المستخدم لأداء وظائف السطح (نمط السطح).

  1. تحضير الراتنج السائب.
    1. لإعداد الراتنج السائب ، يزن 0.36 جم من حمض البروبانويك 2-(n-butylthiocarbonothioylthio) (BTPA) في قارورة كهرمان نظيفة سعة 50 مل.
    2. أضف 13.63 مل من دياكريليت بولي (إيثيلين جليكول) متوسط Mn 250 (PEGDA) إلى قارورة العنبر باستخدام ماصة دقيقة.
    3. أضف 14.94 مل من N, N-dimethylacrylamide (DMAm) إلى قارورة العنبر باستخدام ماصة دقيقة.
    4. في قارورة زجاجية نظيفة منفصلة سعة 20 مل مغطاة بورق الألومنيوم ، أضف 0.53 جم من أكسيد الفوسفين ثنائي الفينيل (2,4,6-trimethyl benzoyl) (TPO).
    5. باستخدام ماصة صغيرة ، أضف 10 مل من DMAm إلى القارورة الزجاجية سعة 20 مل التي تحتوي على TPO وأغلق القارورة باستخدام الغطاء.
    6. قم بتجانس محلول TPO و DMAm تماما عن طريق الخلط باستخدام خلاط دوامة لمدة 10 ثوان ثم باستخدام حمام صوتي مختبري قياسي (~ 40 كيلو هرتز) لصوتنة الخليط لمدة دقيقة واحدة في درجة حرارة الغرفة (الشكل 1C ، اليسار).
    7. باستخدام ماصة زجاجية ولمبة ماصة مطاطية ، انقل المحلول من القارورة الزجاجية سعة 20 مل إلى قارورة العنبر سعة 50 مل وأغلق القارورة بغطاء وفيلم بلاستيكي قابل للتشكيل.
    8. رج القارورة الكهرمانية سعة 50 مل برفق ثم ضع القارورة في حمام صوتي لمدة دقيقتين في درجة حرارة الغرفة للتأكد من أن الخليط متجانس (الشكل 1C ، الثاني من اليسار).
    9. ضع قارورة العنبر المختومة المملوءة بالراتنج السائب في غطاء دخان لاستخدامها لاحقا.
  2. تحضير الراتنج السطحي.
    1. لإعداد راتنج السطح ، يزن 0.50 جم من TPO في قارورة كهرمان نظيفة سعة 50 مل.
    2. باستخدام ماصة دقيقة ، أضف 3.56 مل من DMAm و 11.98 مل من N و N-dimethylformamide (DMF) إلى قارورة العنبر 50 مل وأغلق القارورة بفيلم بلاستيكي قابل للتشكيل بغطاء قابل للتشكيل.
    3. هز بلطف قارورة العنبر المختومة والسونيكات لمدة 1 دقيقة في درجة حرارة الغرفة باستخدام حمام صوتي مختبر قياسي (~ 40 كيلو هرتز).
    4. إلى قارورة نظيفة سعة 20 مل مغطاة بورق ، أضف 0.29 جم 1-pyrenemethyl methacrylate (PyMMA).
    5. أضف 10 مل من DMF إلى قارورة 20 مل وأغلق القارورة بغطاء باستخدام ماصة دقيقة.
    6. هز القارورة الزجاجية سعة 20 مل بلطف وقم بالسونيكات بزيادات قدرها دقيقة واحدة في درجة حرارة الغرفة باستخدام حمام صوتي مختبري قياسي ، وفحص بصري بين الدورات حتى يبدو أن PyMMA قد ذاب بالكامل (الشكل 1C والثالث والرابع من اليسار).
    7. باستخدام ماصة زجاجية ولمبة ماصة مطاطية ، انقل المحلول من قارورة زجاجية سعة 20 مل إلى قارورة كهرمان سعة 50 مل.
    8. رج القارورة الكهرمانية سعة 50 مل برفق ثم ضع القارورة في حمام صوتي لمدة دقيقتين في درجة حرارة الغرفة لضمان تجانس الخليط (الشكل 1C ، اليمين والثاني من اليمين).
    9. ضع قارورة العنبر المختومة المملوءة بالراتنج السائب في غطاء دخان لاستخدامها لاحقا.
      تحذير: قد تسبب بعض المواد الكيميائية المستخدمة في هذا البروتوكول تهيجا شديدا للجلد والعين وغير ذلك من السمية للبشر والبيئة. تأكد من اتباع بروتوكولات السلامة بما يتماشى مع ورقة بيانات السلامة واللوائح المحلية.

3.3D الطباعة والتشغيل السطحي

  1. قم بإجراء طباعة 3D للركيزة الأساسية باتباع الخطوات أدناه.
    1. صب الراتنج السائب الذي تم إعداده مسبقا (الخطوة 2.1) في ضريبة القيمة المضافة للطابعة ثلاثية الأبعاد (انظر جدول المواد) ، مما يضمن أن الحل يغطي تماما الفيلم السفلي في ضريبة القيمة المضافة دون أي فقاعات هواء أو عدم تجانس آخر ، ثم أغلق علبة الطابعة ثلاثية الأبعاد.
    2. انتقل إلى USB باستخدام شاشة الطابعة ثلاثية الأبعاد وحدد ملف الطراز المقطع بالنقر فوق الزر "تشغيل المثلث " لبدء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
    3. من خلال مشاهدة شاشة الطابعة ثلاثية الأبعاد ، لاحظ بعناية عدد الطبقات المطبوعة ، وأوقف برنامج الطباعة مؤقتا عن طريق الضغط على الخطين الرأسيين زر الإيقاف المؤقت أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد للطبقة الأخيرة من الركيزة الأساسية (الطبقة 29 في هذه الحالة).
    4. قم بإزالة مرحلة البناء بأكملها وشطف مرحلة البناء والمواد المطبوعة بلطف باستخدام الإيثانول غير المشوه بنسبة 100٪ من زجاجة غسيل لمدة 10 ثوان لإزالة الراتنج السائب المتبقي من المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد ومرحلة البناء.
    5. باستخدام الهواء المضغوط ، قم بتجفيف المواد المطبوعة 3D بلطف ومرحلة البناء لإزالة الإيثانول المتبقي ثم إعادة إدخال مرحلة البناء في الطابعة ثلاثية الأبعاد.
    6. قم بإزالة ضريبة القيمة المضافة من طابعة 3D وصب الراتنج السائب المتبقي في قارورة كهرمانية. تخزين القارورة في مكان مظلم بارد.
    7. باستخدام الإيثانول غير المشوه بنسبة 100٪ من زجاجة الغسيل ، اشطف الضريبة بعناية لإزالة أي راتنج سائب متبقي.
    8. جفف ضريبة القيمة المضافة باستخدام تيار من الهواء المضغوط لإزالة أي إيثانول متبقي وإعادة إدخال ضريبة القيمة المضافة في طابعة 3D.
  2. أداء وظائف السطح.
    1. صب راتنج السطح المعد مسبقا (الخطوة 2.2) في وعاء الطابعة ثلاثية الأبعاد ، مما يضمن أن المحلول يغطي الفيلم السفلي بالكامل دون أي فقاعات هواء أو عدم تجانس آخر ، ثم أغلق علبة الطابعة ثلاثية الأبعاد.
    2. استأنف برنامج الطباعة 3D بالنقر فوق الزر "تشغيل المثلث " للسماح بحدوث نقش السطح المحدد مسبقا.
    3. بمجرد الانتهاء من برنامج الطباعة ، قم بإزالة مرحلة البناء من الطابعة ثلاثية الأبعاد واغسلها لمدة 10 ثوان باستخدام الإيثانول 100٪ غير المشوه باستخدام زجاجة غسيل لإزالة راتنج السطح المتبقي من المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد ومرحلة البناء.
    4. باستخدام الهواء المضغوط (معدل التدفق ، 30 لتر / دقيقة) ، قم بتجفيف المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد بلطف وبناء مرحلة لإزالة الإيثانول المتبقي.
    5. بينما لا تزال متصلة بمرحلة البناء ، قم بعد معالجة المادة عن طريق عكس مرحلة البناء بأكملها ووضعها تحت ضوء 405 نانومتر لمدة 15 دقيقة.
    6. قم بإزالة المواد المطبوعة 3D التي تعمل على السطح بلطف من مرحلة البناء باستخدام لوحة معدنية رقيقة أو مكشطة طلاء.
    7. بدون مزيد من التعديلات ، قم بتحليل الخصائص الميكانيكية والسطحية للمادة.

4. تحليل العينات المطبوعة 3D

  1. إجراء تحليل التألق.
    1. ضع المادة المطبوعة ثلاثية الأبعاد والوظيفية السطحية تحت مصباح تفريغ الغاز فوق البنفسجي 312 نانومتر (انظر جدول المواد) في مكان مظلم ، مما يضمن أن الطبقة الوظيفية السطحية متجهة لأعلى.
    2. قم بتشغيل المصباح لتشعيع الطبقة السطحية باستمرار بضوء 312 نانومتر ومراقبة نمط الفلورسنت. التقط صورا فوتوغرافية إذا لزم الأمر.
      ملاحظة: هذه خطوة فحص بصري. لا يمكن تحديد الوقت. التشعيع مستمر أثناء حدوث الملاحظة.
    3. ضع المادة المطبوعة 3D والوظيفية السطحية في جهاز تصوير Fluorescence. باستخدام البرنامج المتوفر، التقط صورا رقمية للتألق للأسطح العلوية والسفلية باستخدام مصدر تصريف الغاز عبر الأشعة فوق البنفسجية (302 نانومتر) (انظر جدول المواد).
  2. قم بإجراء تحليل خاصية الشد.
    1. قياس المقياس مع وسماكة عينات عظام الكلب (بالملليمتر).
    2. ضع العينات على شكل عظم الكلب بين مقابض آلة اختبار الشد ، مما يضمن وضع المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد بالتساوي على مسافة تحددها وثيقة المعايير ، في هذه الحالة ، 50.3 ملم.
    3. تعيين برنامج اختبار الشد. في هذه الحالة ، تم تعيين سرعة الرفع على 1.1 مم / دقيقة ، وتم تعيين عدد العينات عند 10 في الثانية.
    4. ابدأ البرنامج للحصول على بيانات القوة (N) مقابل بيانات السفر (mm).
    5. بمجرد إعداد العينة ، أوقف الجهاز ، واحفظ البيانات كبيانات مفصولة بالأعمدة باستخدام ملف . ملحق ملف CSV.
    6. قم بتحويل بيانات القوة (N) إلى إجهاد (MPa) بقسمة كل نقطة من عمود القوة على مساحة المقياس (mm2 ، التي تم الحصول عليها عن طريق ضرب عرض المقياس في سمك المقياس).
    7. قم بتحويل بيانات السفر إلى إجهاد (٪) عن طريق غوص بيانات السفر في طول المقياس (50.3 مم) في كل نقطة وضرب كل نتيجة في 100.
    8. احسب الصلابة (MJ/m3) باستخدام قاعدة شبه منحرف لحساب المساحة الواقعة تحت منحنى إجهاد الإجهاد.
    9. احسب معامل يونغ (MPa) عن طريق أخذ تدرج الإجهاد (MPa) مقابل منحنى الإجهاد (٪) في المنطقة المرنة ، في هذا العمل من استطالة 1٪ -2٪27.

النتائج

يوضح الشكل 1 الإجراء العام للطباعة ثلاثية الأبعاد وتشغيل السطح. في هذا البروتوكول ، يتم تصنيع بوليمر الشبكة في البداية عبر عملية بلمرة RAFT المستحثة ضوئيا 15 ، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع كائن في عملية طبقة تلو الأخرى (الشكل 1A). يحتو?...

Discussion

يوضح البروتوكول الحالي عملية للطباعة ثلاثية الأبعاد لمواد البوليمر ذات الخصائص السائبة والبينية القابلة للضبط بشكل مستقل. يتم تنفيذ الإجراء عبر طريقة من خطوتين عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد للركيزة الأساسية ومن ثم تعديل الطبقة السطحية للكائن المطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام راتنج ...

Disclosures

ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgements

يعترف المؤلفون بالتمويل من مجلس البحوث الأسترالي و UNSW Australia عبر برنامج Discovery Research (DP210100094).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1-pyrenemethyl methacrylateSigma-Aldrich765120
2-(n-butylthiocarbonothioylthio) propanoic acidBoron MolecularBM1640
3D PrinterPhotonMono Slight intensity at digital mask surface = 0.81 mW cm-2
3D Printing Slicing SoftwarePhotonPhoton Workshop V2.1.19
40 kHz Ultrasonic BathThermolineUB-410
Compressed AirCoregas230142Tank operating at 130 kPa
Computer Assisted Design ProgramSpaceClaimSpaceClaim Design Manager V19.1
Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxideSigma-Aldrich415952
Ethanol Undenatured 100% ARChemSupplyEL043-2.5L-P
Ethanol Wash bottleRowe ScientificAZLWGF541P
Fluorescence ImagerBio-RadGel Doc XR+Uses a 302 nm gas discharge lamp as emission source
Light intensity power meterNewport843-R
Mechanical TesterMark–10ESM3031 kN force gauge M5–200
Moldable plastic filmParafilmPM992
N,N-dimethlacrylamideSigma-Aldrich274135
N,N-Dimethylformamide HPLCChemSupplyLC1051-G4L
Poly(ethylene glycol) diacrylate average Mn 250Sigma-Aldrich475629
Post Cure LampLeoway‎B0869BY79P60 W 405 nm
Standards documentASTMASTM Standard D638-14
Tensile testing machineMark-10
UV LightFisher Scientific11-982-306 W Spectroline E-Series, Gas discharge lamp
Vortex Mixer IKA Vortex 3LabTek3340000I

References

  1. Ligon, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mülhaupt, R. Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing. Chemical Reviews. 117 (15), 10212-10290 (2017).
  2. Lewis, J. A. Direct ink writing of 3D functional materials. Advanced Functional Materials. 16 (17), 2193-2204 (2006).
  3. Kumar, S. Selective laser sintering: A qualitative and objective approach. JOM. 55 (10), 43-47 (2003).
  4. Jung, K., et al. Designing with light: Advanced 2D, 3D, and 4D materials. Advanced Materials. 32 (18), 1903850 (2020).
  5. Lim, K. S., et al. Fundamentals and applications of photo-cross-linking in bioprinting. Chemical Reviews. 120 (19), 10662-10694 (2020).
  6. Chen, H., et al. Photoinitiators derived from natural product scaffolds: Monochalcones in three-component photoinitiating systems and their applications in 3D printing. Polymer Chemistry. 11 (28), 4647-4659 (2020).
  7. Chen, H., et al. Novel D-π-A and A-π-D-π-A three-component photoinitiating systems based on carbazole/triphenylamino based chalcones and application in 3D and 4D printing. Polymer Chemistry. 11 (40), 6512-6528 (2020).
  8. Zhang, J., Xiao, P. 3D printing of photopolymers. Polymer Chemistry. 9 (13), 1530-1540 (2018).
  9. Zhu, Y., Ramadani, E., Egap, E. Thiol ligand capped quantum dot as an efficient and oxygen tolerance photoinitiator for aqueous phase radical polymerization and 3D printing under visible light. Polymer Chemistry. 12 (35), 5106-5116 (2021).
  10. Jiang, P., Ji, Z., Wang, X., Zhou, F. Surface functionalization - a new functional dimension added to 3D printing. Journal of Materials Chemistry C. 8 (36), 12380-12411 (2020).
  11. Gonzalez, G., Chiappone, A., Dietliker, K., Pirri, C. F., Roppolo, I. Fabrication and functionalization of 3D printed polydimethylsiloxane-based microfluidic devices obtained through digital light processing. Advanced Materials Technologies. 5 (9), 2000374 (2020).
  12. Yao, X., Song, Y., Jiang, L. Applications of bio-inspired special wettable surfaces. Advanced Materials. 23 (6), 719-734 (2011).
  13. Bose, S., Robertson, S. F., Bandyopadhyay, A. Surface modification of biomaterials and biomedical devices using additive manufacturing. Acta Biomaterialia. 66, 6-22 (2018).
  14. Wang, X., et al. i3DP, a robust 3D printing approach enabling genetic post-printing surface modification. Chemical Communications. 49 (86), 10064-10066 (2013).
  15. Lee, K., Corrigan, N., Boyer, C. Rapid high-resolution 3D printing and surface functionalization via type I photoinitiated raft polymerization. Angewandte Chemie International Edition. 60 (16), 8839-8850 (2021).
  16. Zhang, Z., Corrigan, N., Bagheri, A., Jin, J., Boyer, C. A versatile 3D and 4D printing system through photocontrolled raft polymerization. Angewandte Chemie International Edition. 58 (50), 17954-17963 (2019).
  17. Corrigan, N., et al. Reversible-deactivation radical polymerization (controlled/living radical polymerization): From discovery to materials design and applications. Progress in Polymer Science. 111, 101311 (2020).
  18. Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H. Living radical polymerization by the raft process - A third update. Australian Journal of Chemistry. 65 (8), 985-1076 (2012).
  19. Chiefari, J., et al. Living free-radical polymerization by reversible addition−Fragmentation chain transfer: The RAFT process. Macromolecules. 31 (16), 5559-5562 (1998).
  20. Fromel, M., et al. User-friendly chemical patterning with digital light projection polymer brush photolithography. European Polymer Journal. 158, 110652 (2021).
  21. Fromel, M., Li, M., Pester, C. W. Surface engineering with polymer brush photolithography. Macromolecular Rapid Communications. 41 (18), 2000177 (2020).
  22. Wang, C. -. G., Chen, C., Sakakibara, K., Tsujii, Y., Goto, A. Facile fabrication of concentrated polymer brushes with complex patterning by photocontrolled organocatalyzed living radical polymerization. Angewandte Chemie International Edition. 57 (41), 13504-13508 (2018).
  23. Zoppe, J. O., et al. Surface-initiated controlled radical polymerization: state-of-the-art, opportunities, and challenges in surface and interface engineering with polymer brushes. Chemical Reviews. 117 (3), 1105 (2017).
  24. Pester, C. W., et al. Ambiguous antifouling surfaces: Facile synthesis by light-mediated radical polymerization. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 54 (2), 253-262 (2016).
  25. Poelma, J. E., Fors, B. P., Meyers, G. F., Kramer, J. W., Hawker, C. J. Fabrication of complex three-dimensional polymer brush nanostructures through light-mediated living radical polymerization. Angewandte Chemie International Edition. 52 (27), 6844-6848 (2013).
  26. Zhu, Y., Egap, E. PET-RAFT polymerization catalyzed by cadmium selenide quantum dots (QDs): Grafting-from QDs photocatalysts to make polymer nanocomposites. Polymer Chemistry. 11 (5), 1018-1024 (2020).
  27. ASTM International. ASTM Standard D638-14: Standard Test method for tensile properties of plastics. ASTM International. , (2014).
  28. Moad, G. RAFT (Reversible addition-fragmentation chain transfer) crosslinking (co)polymerization of multi-olefinic monomers to form polymer networks. Polymer International. 64 (1), 15-24 (2015).
  29. Li, M., et al. SI-PET-RAFT: Surface-initiated photoinduced electron transfer-reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization. ACS Macro Letters. 8 (4), 374-380 (2019).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

180

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved