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.

אזהרה: נא עיין כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש.
1. הכנת Photocurable שרף
הערה: אנא השתמש ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה) במהלך ההליך הבא. על סעיף זה, עיין שלנו העבודה הקודם12 לפרטים נוספים.
<ol><li>יוצקים 50 גר' 1,10-decanediol diacrylate (SA52...

<ol>
	<li>Van Wijk, A., van Wijk, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 3D Printing with Biomaterials: Towards a Sustainable and Circular Economy. , (2015).</li><li>Gross, B. C., Erkal, J. L., Lockwood, S. Y., Chen, C., Spence, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+3D+Printing+and+Its+Potential+Impact+on+Biotechnology+and+the+Chemical+Sciences.">Evaluation of 3D Printing and Its Potential Impact on Biotechnology and the Chemical Sciences.</a> Analytical Chemistry. 86, 3240-3253 (2014).</li><li>Chia, H. N., Wu, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+3D+printing+of+biomaterials.">Recent advances in 3D printing of biomaterials.</a> Journal of Biological Engineering. 9, 4 (2015).</li><li>Mechels, F. P. W., Feijen, J., Grijpma, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+stereolithography+and+its+applications+in+biomedical+engineering.">A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering.</a> Biomaterials. 31, 6121-6130 (2010).</li><li>Skoog, S. A., Goering, P. L., Narayan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereolithography+in+tissue+engineering.">Stereolithography in tissue engineering.</a> Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 25, 845-856 (2014).</li><li>Bhatia, S. K., Ramadurai, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 3D Printing and Bio-Based Materials in Global Health. , (2017).</li><li>Oskui, S. M., Diamante, G., Liao, C., Shi, W., Gan, J., Schlenk, D., Grover, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+and+Reducing+the+Toxicity+of+3D-Printed+Parts.">Assessing and Reducing the Toxicity of 3D-Printed Parts.</a> Environmental Science &amp; Technology Letters. 3, 1-6 (2016).</li><li>Gong, H., Beauchamp, M., Perry, S., Woolley, A. T., Nordin, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+approach+to+resin+formulation+for+3D+printed+microfluidics.">Optical approach to resin formulation for 3D printed microfluidics.</a> RSC Advances. 5, 106621-106632 (2015).</li><li>Zarek, M., Layani, M., Cooperstein, I., Sachyani, E., Cohn, D., Magdassi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+shape+memory+polymers+for+flexible+electronic+devices.">3D printing of shape memory polymers for flexible electronic devices.</a> Advanced Materials. 28, 4449-4454 (2016).</li><li>Ligon-Auer, S. C., Schwentenwein, M., Gorsche, C., Stampfl, J., Liska, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toughening+of+photo-curable+polymer+networks:+A+review.">Toughening of photo-curable polymer networks: A review.</a> Polymer Chemistry. 7, 257-286 (2016).</li><li>Miao, S., Zhu, W., Castro, N. J., Nowicki, M., Zhou, X., Cui, H., Fisher, J. P., Zhang, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+printing+smart+biomedical+scaffolds+with+novel+soybean+oil+epoxidized+acrylate.">4D printing smart biomedical scaffolds with novel soybean oil epoxidized acrylate.</a> Scientific Reports. 6, 27226 (2016).</li><li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biobased+acrylate+photocurable+resin+formulation+for+stereolithographic+3D+printing.">Biobased acrylate photocurable resin formulation for stereolithographic 3D printing.</a> ACS Omega. 3, 1403-1408 (2018).</li><li>Ligon-Auer, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., M&#252;lhaupt, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymers+for+3D+Printing+and+Customized+Additive+Manufacturing.">Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing.</a> Chemical Reviews. 117, 10212-10290 (2017).</li><li>Weng, Z., Zhou, Y., Lin, W., Senthil, T., Wu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-property+relationship+of+nano+enhanced+stereolithography+resin+for+desktop+SLA+3D+printer.">Structure-property relationship of nano enhanced stereolithography resin for desktop SLA 3D printer.</a> Composites: Part A. 88, 234-242 (2016).</li><li>Scalera, F., Esposito Corcione, C., Montagna, F., Sannino, A., Maffezzoli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+characterization+of+UV+curable+epoxy/hydroxyapatite+suspensions+for+stereolithography+applied+to+bone+tissue+engineering.">Development and characterization of UV curable epoxy/hydroxyapatite suspensions for stereolithography applied to bone tissue engineering.</a> Ceramics International. 40, 15455-15462 (2014).</li><li>Lee, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro+3D+Printing+using+a+digital+projector+and+its+application+in+the+study+of+soft+materials+mechanics.">Micro 3D Printing using a digital projector and its application in the study of soft materials mechanics.</a> Journal of Visualized Experiments. (69), e4457 (2012).</li><li>Huemer, K., Squirrell, J. M., Swader, R., Pelkey, K., LeBert, D. C., Huttenlocher, A., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+live+imaging+device+for+improved+experimental+manipulation+of+zebrafish+larvae.">Long-term live imaging device for improved experimental manipulation of zebrafish larvae.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e56340 (2017).</li><li>Decker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+crosslinking+polymerization.">Light-induced crosslinking polymerization.</a> Polymer International. 51, 1141-1150 (2002).</li><li>Elliot, J. E., Bowman, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+network+formation+of+free+radical+polymerization+of+multifunctional+monomers.">Predicting network formation of free radical polymerization of multifunctional monomers.</a> Polymer Reaction Engineering. 10, 1-19 (2002).</li><li>Ellakwa, A., Cho, N., Lee, I. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+resin+matrix+composition+on+the+polymerization+shrinkage+and+rheological+properties+of+experimental+dental+composites.">The effect of resin matrix composition on the polymerization shrinkage and rheological properties of experimental dental composites.</a> Dental Materials. 23, 1229-1235 (2007).</li><li>Charton, C., Falk, V., Marchal, P., Pla, F., Colon, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Tg,+viscosity+and+chemical+structure+of+monomers+on+shrinkage+stress+in+light-cured+dimethacrylate-based+dental+resins.">Influence of Tg, viscosity and chemical structure of monomers on shrinkage stress in light-cured dimethacrylate-based dental resins.</a> Dental Materials. 23, 1447-1459 (2007).</li></ol>

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 ...

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.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Isobornyl acrylate&#160;</td>
			<td>Sartomer</td>
			<td>SA5102</td>
			<td>Acrylate monomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,10-decanediol diacrylate</td>
			<td>Sartomer</td>
			<td>SA5201</td>
			<td>Acrylate monomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentaerythritol tetraacrylate</td>
			<td>Sartomer</td>
			<td>SA5400</td>
			<td>Acrylate monomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multifunctional epoxy acrylate</td>
			<td>Sartomer</td>
			<td>SA7101</td>
			<td>Acrylate oligomer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (TPO), 97%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>415952</td>
			<td>Photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,5-bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophene (BBOT), 99%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>223999</td>
			<td>Optical absorber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol (IPA), 99%</td>
			<td>Bleko</td>
			<td>1010500</td>
			<td>For alcohol bath (applied in Form Wash)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paar Physica MCR300&#160;</td>
			<td>Anton Paar</td>
			<td>-</td>
			<td>Rheometer with parallel plate geometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form 2 Printer</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>-</td>
			<td>Desktop SLA 3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form Wash&#160;</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>-</td>
			<td>Washing station</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form Cure</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>-</td>
			<td>UV oven</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instron 4301 1KN Series IX</td>
			<td>Instron</td>
			<td>-</td>
			<td>Universal testing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Philips XL30 ESEM-FEG&#160;</td>
			<td>Philips</td>
			<td>-</td>
			<td>Scanning electron microscope</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

stereolithographic 3d printing with renewable acrylates

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.

ארבע יצירות שרף נציג מוצגים בטבלה 1, יחד עם פחמן biobased הממוצע שלהם תוכן (לפנה ס) נגזר מן ה לפנה ס הבודדים המרכיבים. צמיגות שרף (איור 1) מושפע על ידי היחס של מונומרים אקרילט ו oligomers ומדגים בדרך כלל התנהגות הניוטונית. תכונות מכניות של חלקים המיוצרים שרפי...

Watch this Scientific Journal Video about Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates at JoVE.com

Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates

פרוטוקול לייצור תוסף עם שרפים מתחדשת photopolymer על מנגנון stereolithography מוצג.

הדפסה תלת-ממדית Stereolithographic עם Acrylates מתחדשת

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. ...

This method can help to understand key subjects in the field of of additive manufacturing, such as resin formulation and post-printing treatment. The main advantage of this technique is that it enables the accurate and on-demand fabrication of sustainable products. This method will provide insight into laser-based stereolithography but it can also be applied to other 3D printing techniques such as Digital Light Processing.To begin, pour 50 grams of 1, 10-decanediol diacrylate in a 500-milliliter Erlenmeyer flask. Add 1.0 grams of TPO and 0.40 grams of BBOT to the flask. Equip the Erlenmeyer flask with a mechanical stirrer and stir the mixture at 200 rpm for five minutes at room temperature in order to dissolve the TPO and BBOT in the acrylate monomer.Add 100 grams of pentaerythritrol tetraacrylate and 100 grams of multi-functional epoxy acrylate to the mixture. Now stir the mixture at 200 rpm for 30 minutes at 50 degrees Celsius to ensure a homogeneous resin. Remove the mechanical stirrer and fit the flask with a stopper.Wrap the flask in aluminum foil to protect the biobased acrylate photopolymer resin from light. Now cover the bottom plate of a rheometer characterized by parallel-plate geometry with the photoresin. Set the gap between the plates at one millimeter and cover the rheometer with a UV-resistant hood.Measure the resin viscosity at room temperature at shear rates from 0.1 to 100 inverse seconds. Turn on the the SLA 3D printer and select the Open mode. Depending on the architecture of the product, a support structure can be integrated in the 3D model to stabilize the construct during fabrication.Start the model preparation software on a computer. To choose the desired print settings, select Clear for material, Version V4, and 50-micron layer thickness. Open the digital model of the complex-shaped prototype which is a standard tesselation language file, then choose the location and orientation on the build platform.Upload the print job to the SLA 3D printer. Now pour 200 milliliters of the biobased photoresin into a resin tank. Open the 3D printer and mount the resin tank properly.Mount the build platform and close the 3D printer. Following preparation of the 3D printer, start the print job. Allow the 3D printer to fabricate complex-shaped prototypes.Do not open the printer until the print job is finished. For the demonstrated protocol, the wavelength of the UV laser is 405 nanometers. The print time of the object is 2.5 hours and is shown here in fast motion.When the print job is finished, open the printer. Remove the build platform with the produced parts attached and close the printer. Open the washing station filled with isopropyl alcohol and insert the build platform.Start the procedure and rinse for 20 minutes to remove any unreacted resin. When the rinsing procedure is finished, remove the build platform from the washing station and detach the prototypes from the build platform. Allow the prototypes to air dry for 30 minutes.In the meantime, preheat the UV oven at 60 degrees Celsius. Open the UV oven and quickly place the prototypes on the rotating platform. Close the UV oven and cure for 60 minutes at 60 degrees Celsius to ensure complete conversion.When the post-curing procedure is finished, open the UV oven and take out the prototypes. To characterize the surface morphology of complex-shaped prototypes, cut approximately one centimeter of internal helix from the complex-shaped prototype using a razor blade. Attach the sample to the sample holder with double-sided, carbon-conductive tape.Prior to imaging, coat the sample with 30 nanometers of platinum palladium on a sputtering system. Now insert the sample into a scanning electron microscope operating at an accelerating voltage of five kilovolts. Acquire several images of the sample at 30X and 120X magnification.The viscosity of the renewable resin is an essential parameter in the 3D printing process and is controlled by the monomer to oligomer ratio. Typically a shear rate of 100 inverse seconds is achieved during the recoat of liquid resin in the printing process. All bioresins have a viscosity below five Pascal seconds and are appropriate for application in stereolithographic printing equipment.Shown here are representative results for the mechanical behavior of the objects printed from various bioresins, including tensile strength and e-modulus. However, optimization of the post-printing treatment by varying the duration of washing, drying, curing, and temperature of curing can lead to a significant improvement in mechanical performance. The smooth surface and high feature resolution of the complex-shaped prototypes is revealed by the electron microscope.The serrated vertical edges of the helices arise from the layer-by-layer SLA printing process, in which the top of an exposed layer receives a larger UV dose compared to the back of a layer. The extent of surface cracking is related to the initial resin viscosity. After its development, this technique paved the way for application of cost-competitive bioresins to facilitate waste-free and local manufacturing of sustainable products.Don't forget that working with acrylates can be hazardous. Precautions such as wearing safety glasses and gloves should always be taken while performing this procedure.