Lab udforsker nye harpikser til lysbaseret 3D-print

Et team fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har simuleret tværbindingen af ​​3-D-printede polymernetværk, et vigtigt skridt i retning af at udvikle nye funktionelle harpikser til lysbaserede 3-D-printteknikker, herunder to-foton litografi (TPL) og volumetrisk additiv fremstilling (VAM).

Holdet brugte simuleringer af molekylær dynamik til at studere, på et mikroskopisk niveau, kinetikken og topologien af ​​tre forskellige molekyler fra den samme reaktive gruppe (acrylat), men indeholdende forskellige ikke-reaktive komponenter. Forskerne fandt ud af, at forskelle i dynamikken og strukturen af ​​de resulterende tværbundne polymerer, bygget ved hjælp af TPL- og VAM-processerne, var et resultat af forskelle i de ikke-reaktive dele af molekylerne. Forskningen vises i 15. oktober-udgaven af Journal of Physical Chemistry B og vises online som et supplerende cover.

Forskere sagde, at indsigten fra undersøgelsen åbner døren til rationelt designede fotoresists og vil hjælpe dem i deres søgen efter at designe nye brugerdefinerede lysfølsomme harpikser, der er i stand til at skubbe grænserne for TPL og LLNL-udviklet VAM. Disse teknikker genererer 3D-objekter ved at projicere mønstret lys ind i flydende harpiks, får dem til at hærde på de ønskede punkter inden for få sekunder. De harpikser, der anvendes i disse processer, indeholder ofte forskellige molekyler med de samme reaktive funktionelle grupper, og deres formulering er afhængig af forsøg og fejl metoder, med resultaterne behandlet som forretningshemmeligheder.

"Vores kombination af molekylær dynamik simuleringer og matematisk grafteori giver os mulighed for at modificere eller forstyrre kemien og fysikken i molekyler, der fungerer som byggestenene i AM-teknikker som TPL og VAM og se virkningen på den resulterende polymer, " forklarede John Karnes, avisens hovedforfatter. "Da vi kan se hvert atom i disse simuleringer, vi begynder at udvikle intuition, der bygger bro mellem mikroskopisk netværkstopologi og makroskopisk adfærd, som at forstå forholdet mellem intramolekylære sløjfer eller cyklusser, og det punkt, hvor den flydende harpiks gelerer for at danne den faste trykte del."

LLNL-materialeforsker Juergen Biener sagde, at holdet fortsætter arbejdet ved at udforske længere længde- og tidsskalaer, simulering af mekanisk afprøvning af trykte dele og modellering af andre former for polymerisation af interesse for LLNL.