Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
Door het mengen van de drie primaire kleuren werden wit-uitstralende formules verkregen. Andere fotoluminescente kleurstoffen werden gebruikt om hightech apparaten zoals golfgeleiders te fabriceren. Het gebruik van methacrylaatbenzoxadiazool als slimme kleurstof in acrylformuleringen werd gerapporteerd. In dit onderzoek werden zowel de printbaarheid van objecten als de uitstraalcapaciteiten onderzocht, waarbij een noodzakelijke afweging werd benadrukt om precieze structuren en efficiënte lichtemissie te verkrijgen. Bovendien toonden deze apparaten toepassingen in polariteitssensoren, aangezien de lichtemissie veranderde bij interactie met verschillende oplosmiddelen.
Metalen-organische verbindingen kunnen worden gebruikt om fotoluminescente structuren te verkrijgen. Bijvoorbeeld, koperjodide-clusters kunnen worden ingebed in polymeer-matrices om thermochromische 3D-geprinte structuren te verkrijgen. Evenzo werd het gebruik van iridium-gebaseerde verbindingen gerapporteerd. Chemosensortechnologieën die gebruikmaken van coördinatiepolymeren werden verkend vanwege hun flexibele chemie, dynamische structuren en de mogelijkheid om stimuli-gevoelige apparaten te creëren. Zo werd 4,4ʹ-bipyridine gebruikt om koper(II) te coördineren in een 1D-structuur voor de ontwikkeling van een coördinatiepolymeer, dat vervolgens werd verdeeld in fotogeneerbare matrices. Het polymeer vertoonde een kleuraanpassing van blauw naar violet, gekarakteriseerd door de coördinatie en solvatie van watermoleculen. Dit dehydratieproces bleek omkeerbaar te zijn, waardoor het materiaal geschikt was voor gebruik als vochtigheidssensoren en in organische oplosmiddelen.
Een alternatieve toepassing van kleurstoffen is in de productie van mechanofore polymeren; dat wil zeggen, materialen die van kleur kunnen veranderen in reactie op mechanische stress. Mechanochromische kleurstoffen zijn een klasse chromoforen die van kleur veranderen wanneer ze onder mechanische stress worden gebracht. Zo werden dergelijke materialen geproduceerd met hydroxyethylacrylaat en oxanorbornadieen. DLP-apparatuur die in het zichtbare spectrum uitzendt, werd gebruikt om de monsters te bereiden om de afbraak van de kleurstof te voorkomen. De mechanische stress (compressie) die gedurende één minuut op de monsters werd toegepast, induceerde de chemische modificatie van de structuur binnen de moleculaire bestanddelen van oxanorbornadieen.
In de biomedische sector kunnen kleurstoffen zowel de resolutie van 3D-printen verbeteren als extra eigenschappen toevoegen, zoals fotoluminescente biocompatibele schappen of antibacterieel gedrag. In dit verband werd bijvoorbeeld het gebruik van quinizarine-gemodificeerde kleurstoffen in chitosan-gebaseerde hydrogel gerapporteerd, die verbeterde bacteriedodende eigenschappen vertoonde. In een reeks publicaties voerde de groep van Butt functionele kleurstoffen op contactlenzen uit om slimme apparaten te ontwikkelen. Vooral richtten ze zich op het introduceren van multi-band kleurblindheidscorrectie in medische apparaten door commerciële kleurstoffen zoals Atto565, Atto488 en andere fotoluminescente kleurstoffen in fotogeneerbare harsen te gebruiken, die direct op commerciële lenzen werden geprint.
Al deze voorbeelden tonen de mogelijkheid aan om functionele materialen te verkrijgen door SLA/DLP-technieken te combineren met verschillende kleurstoffen. Het gebruik van kleurstoffen wordt echter zelden gerapporteerd in de nieuwste licht-geactiveerde technologieën, zoals TPP, aangezien het multi-foton polymerisatiemechanisme met ultra-geconcentreerde bestraling al resoluties tot nanometerschaal mogelijk maakt, waardoor het gebruik van kleurstoffen volgens de gangbare opvattingen overbodig wordt geacht. Toch zijn er enkele werken gepresenteerd waarin slimme kleurstoffen in TPP worden gebruikt. Diacrylaat azo-kleurstoffen werden bereid, en hun trans/cis-foto-isomerisatie bij uitharding in aanwezigheid van MMA en de toepasbaarheid in TPP werden geëvalueerd. In dit geval werden alkyl- en volumineuze groepen in de structuur van de kleurstoffen geïntroduceerd om de oplosbaarheid en dispersie in de monomeermix te verbeteren, waardoor de vorming van gel en de daaropvolgende aggregatie van de kleurstof tijdens het printen van fotonische kristallen werd vermeden.
Een ander voorbeeld is het gebruik van coumarines in TPP. Gezien hun fotosensitiviteit zijn deze toegevoegd aan printformuleringen met als doel de hoeveelheid fotoinitiator te verminderen, waardoor de hoeveelheid ongereageerde nevenproducten die aan het eind van de polymerisatie achterblijven, wordt beperkt. In dit werk werden verschillende substituentengroepen toegevoegd aan de coumarine-moleculen om de conjugatie te verlengen en het zichtbare spectrum te bestrijken, om het fotosensitizer-effect te versterken. Op deze manier was het mogelijk de concentratie van de fotoinitiator van 1-2% naar 0,4% te verminderen, wat resulteerde in een goede printresolutie.
Wat is de rol van fotopolymerisatie in 3D-printtechnologie?
De technologie van 3D-printen heeft zich in de afgelopen jaren aanzienlijk ontwikkeld, met name op het gebied van fotopolymerisatie, een proces waarbij licht wordt gebruikt om monomeren of oligomeren om te zetten in polymeerstructuren. Deze technologie is van cruciaal belang voor het maken van nauwkeurige en complexe objecten uit fotogevoelige harsen. Het gebruik van fotopolymerisatie in 3D-printen heeft niet alleen de mogelijkheden vergroot voor het vervaardigen van veelzijdige materialen, maar ook de efficiëntie en precisie van het productieproces verbeterd.
Een van de belangrijkste ontwikkelingen in dit gebied is het gebruik van fotoinitiatoren, stoffen die de polymerisatie op gang brengen onder invloed van licht. Onderzoek heeft geleid tot de ontdekking van verschillende nieuwe fotoinitiatoren die specifiek zijn ontworpen voor gebruik in 3D-printharsen. Deze fotoinitiatoren moeten in staat zijn om polymerisatie te starten wanneer ze worden blootgesteld aan specifieke golflengten van licht, meestal ultraviolet (UV) of zichtbaar licht. Hierdoor kunnen 3D-printers materialen laag voor laag uitharden, wat leidt tot de vorming van solide structuren.
Een belangrijk voorbeeld van dergelijke fotoinitiatoren zijn π-geconjugeerde dithieno-fosfoolderivaten, die uitstekende prestaties vertonen in 3D-printingharsen. Deze stoffen, beschreven in het werk van Al Mousawi et al., hebben een hoge efficiëntie en kunnen de polymerisatieproces zelfs in de aanwezigheid van zuurstof starten, wat vaak een probleem is in veel andere fotopolymerisatieprocessen. Dergelijke ontwikkelingen verbeteren niet alleen de prestaties van de gebruikte harsen, maar stellen ook de printprocessen in staat om efficiënter en sneller te verlopen.
Naast de fotoinitiatoren speelt de keuze van de monomeren en oligomeren die in de hars worden gebruikt een cruciale rol. De meeste 3D-printharsen zijn gebaseerd op methacrylaat- en acrylaten, die goed reageren op UV-licht, maar het onderzoek richt zich ook op het gebruik van alternatieve monomeren zoals vinylsulfonaten en thiol-ene verbindingen. Deze stoffen bieden voordelen zoals verbeterde taaiheid en thermische stabiliteit, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen in de productie van medische en biologische materialen, zoals bio-afbreekbare kunststoffen en implantaten.
De rol van de lichtbron, in het bijzonder LED-projectoren, is eveneens een van de belangrijke factoren die de effectiviteit van het 3D-printproces beïnvloeden. LED-lichtbronnen hebben de voorkeur boven traditionele UV-lampen vanwege hun energiezuinigheid, lange levensduur en het vermogen om zeer specifieke golflengten van licht te produceren die de gewenste fotoinitiatoren activeren. Dit biedt niet alleen kostenvoordelen, maar verhoogt ook de precisie van het printen doordat het licht precies kan worden gericht op de te harden delen van de hars.
Een ander interessant aspect van de 3D-printtechnologie is de ontwikkeling van fotogeleide radicalaire polymerisatieprocessen, zoals de Reversible Addition–Fragmentation Chain Transfer (RAFT) polymerisatie. Deze processen kunnen worden gecontroleerd door de blootstelling aan licht, wat de mogelijkheid biedt om de snelheid en de mate van polymerisatie nauwkeurig te reguleren. Dit zorgt voor een gecontroleerde productie van polymeerstructuren met een hoge mate van uniformiteit en reproduceerbaarheid, een essentieel kenmerk voor het creëren van functionele en op maat gemaakte 3D-geprinte objecten.
Naast de technologische vooruitgangen is het belangrijk om de fysisch-mechanische eigenschappen van de geprinte materialen in overweging te nemen. De sterkte, taaiheid en duurzaamheid van 3D-geprinte objecten zijn vaak cruciaal, vooral voor toepassingen in de medische en luchtvaartindustrie. Onderzoekers richten zich dan ook op het verbeteren van de netwerkketenstructuur in fotopolymeerharsen om de uiteindelijke materiaaleigenschappen te verbeteren. Dit wordt vaak bereikt door het gebruik van harde monomeren, zoals epoxiden, en door het optimaliseren van de hardingsomstandigheden.
In de medische wereld, waar 3D-printen een revolutie teweegbrengt, zijn biocompatibele en bio-afbreekbare materialen van groot belang. De ontwikkeling van fotopolymeren die snel kunnen uitharden onder licht en die tegelijkertijd compatibel zijn met menselijke weefsels, maakt het mogelijk om geïndividualiseerde medische implantaten, prothesen en zelfs bio-afdrukken van weefsels te maken. Dit opent de deur naar op maat gemaakte behandelingen en complexere toepassingen in de regeneratieve geneeskunde.
Naast de wetenschappelijke en technologische vooruitgangen in de fotopolymerisatie zijn er ook praktische en economische overwegingen die belangrijk zijn voor de bredere toepassing van deze technologie. De kosten van de harsen en de apparatuur, de snelheid van het printen, evenals de duurzaamheid van de geprinte objecten zijn factoren die bedrijven en onderzoekers in hun overwegingen meenemen bij de keuze voor een bepaalde printtechnologie. Het streven is om de kosten van 3D-printen te verlagen terwijl de prestaties van de materialen worden verbeterd, wat de brede acceptatie van deze technologie in verschillende industrieën bevordert.
Naast het technische aspect van fotopolymerisatie, is het cruciaal dat de effectiviteit van 3D-printen niet alleen wordt gemeten aan de hand van de materialen, maar ook de mate waarin deze technologie ethische en praktische problemen kan oplossen. Het gebruik van 3D-printen in de medische sector moet bijvoorbeeld voldoen aan strikte regelgeving en veiligheidsnormen. De druk op bedrijven om te voldoen aan deze normen neemt toe, terwijl ze tegelijkertijd nieuwe toepassingen ontwikkelen die niet alleen technologisch geavanceerd zijn, maar ook veilig en ethisch verantwoord.