W badaniach nad nowymi systemami fotoinicjacyjnymi do druku 3D zauważono, że kumaryny z grupy 1 wykazują silniejszą absorpcję światła przesuniętą w stronę czerwieni, co skutkuje większym nakładaniem się z emisją światła diod LED o długości fali 405 nm. To nakładanie się znacząco poprawia ich zdolność do inicjowania fotopolimeryzacji. W przypadku monomeru epoksydowego, monomer winylowy tri(etylenoglikol)divinyl eter (DVE-3) wykazał wyższy stopień konwersji (FC) w obecności modyfikowanych kumaryn (tabela 1.9). W szczególności, gdy w składzie znajdowały się kumaryny z grupy 1, konwersja DVE-3 osiągała 80–95%, podczas gdy dla kumaryn z grupy 2 konwersja nie przekraczała 11–28%. Rezultaty te są spójne z obserwowaną fotopolimeryzacją DVE-3 w obecności tych związków. Czas indukcji (tI) również potwierdził hipotezę, ponieważ w przypadku kumaryn z grupy 1 czas ten był znacznie krótszy niż dla związków z grupy 2.

Wykorzystanie takich fotoinicjatorów może w znaczący sposób zwiększyć efektywność procesów fotopolimeryzacji w druku 3D, zwłaszcza w systemach opartych na monomerach winylowych, jak DVE-3. Przykładem zastosowania może być mieszanka żywicy EPOX/OXT-221/DVE-3 (40/30/30, wagowo), która, w obecności 2% kumaryn z grupy 1, pozwala na drukowanie skomplikowanych struktur w technologii Digital Light Processing (DLP). Wyniki testów na wydrukowanej płycie z napisem „7M-P” pokazują wysoką rozdzielczość druku, zarówno pod światłem dziennym, jak i UV, co potwierdza zastosowanie tej technologii w produkcji precyzyjnych elementów.

Interesującym kierunkiem jest również zastosowanie witamin, takich jak witamina K1 i K3, jako naturalnych fotoinicjatorów. Obie te substancje wykazują zdolność do inicjowania polimeryzacji pod wpływem promieniowania LED o długości fali 405 nm, mimo że ich maksymalna absorpcja występuje w zakresie UV, w okolicach 335 nm. Witamina K1, w szczególności, wykazuje wyższą efektywność w polimeryzacji monomerów TMPTA w porównaniu do PEGDA 600. W przypadku witaminy K3, jej zdolność do inicjowania polimeryzacji TMPTA jest znikoma bez obecności wspomagających dodatków, jak EDB, jednak z ich udziałem uzyskuje się konwersje do 83%. Te właściwości sprawiają, że witaminy K mogą stanowić interesującą alternatywę dla tradycyjnych fotoinicjatorów w druku 3D, szczególnie w aplikacjach wymagających niskiej toksyczności i naturalnych składników.

W połączeniu z systemami opartymi na jodkach (np. Iod2) i innymi wspomagającymi substancjami, witamina K1 i K3 mogą być wykorzystywane do drukowania wysokiej jakości elementów, które wymagają precyzyjnego odwzorowania detali. Przykład zastosowania systemu witamina K1/Iod2 w monomerze TMPTA pokazuje, że tylko litera "O" posiadała wady na powierzchni, podczas gdy w systemie witamina K3/EDB widać było znaczne defekty na całym napisie „BIO”. Zatem, skuteczność fotoinicjatorów zależy nie tylko od samego fotoinicjatora, ale również od obecności innych składników wspomagających proces polimeryzacji.

Dodatkowo warto zauważyć, że w przypadku zastosowania fotoinicjatorów takich jak witamina K1 lub K3, niezbędne jest odpowiednie dopasowanie formuł resynowych do konkretnego zastosowania, co może decydować o sukcesie w druku 3D. Dobór odpowiednich dodatków wspomagających proces, jak np. EDB, może znacząco poprawić wydajność i jakość polimeryzacji, a tym samym umożliwić tworzenie bardziej precyzyjnych i funkcjonalnych obiektów.

Jak fotoinicjatory metalowe wpływają na procesy fotopolimeryzacji i zastosowania w druku 3D?

Fotoinicjatory oparte na metalach stanowią dużą grupę w kategorii fotoinicjatorów widzialnego światła, której rola w nowoczesnych technologiach polimeryzacji, w tym w druku 3D, staje się coraz bardziej istotna. Związki metaliczne, takie jak kompleksy porfirynowe, kompleksy ruthenowe czy miedziowe, wykazują szczególne właściwości, które sprawiają, że są efektywnymi inicjatorami polimeryzacji w odpowiedzi na światło widzialne. Badania nad nimi wskazują na ich znaczenie w procesach fotopolimeryzacji wykorzystywanych w tworzeniu materiałów stosowanych w druku 3D, zwłaszcza w kontekście ich zdolności do inicjowania reakcji w atmosferze powietrza i pod wpływem różnorodnych długości fal świetlnych.

Jednym z przykładów jest kompleks ZnTPP (tetrafenyloporfiryna cynkowa), który wykazuje intensywne wchłanianie światła w zakresie 420 nm i 552 nm. Jego zdolność do generowania aktywnych rodników fenylowych i cationów (ZnTPP)•+ pod wpływem światła niebieskiego i zielonego pozwala na efektywną fotopolimeryzację takich żywic jak Bis-GMA/TEGDMA. Badania pokazują, że fotoinicjacja za pomocą ZnTPP/Iod w zakresie długości fali 477 nm jest szczególnie skuteczna, umożliwiając szybkie utwardzanie materiału oraz minimalizując wpływ inhibicji tlenu, który w przypadku innych fotoinicjatorów może znacznie spowolnić proces. Dzięki takim właściwościom ZnTPP znajduje zastosowanie w druku 3D, gdzie wysoka rozdzielczość przestrzenna i precyzyjne kontrolowanie grubości warstw materiału są kluczowe.

Podobnie, kompleksy ruthenowe, takie jak tris(2,2′-bipirydyl) dichlororuten(II) heksahydrat, są stosowane jako fotoinicjatory w zastosowaniach biomedycznych, szczególnie w tworzeniu bioinków wykorzystywanych do druku 3D tkanek. Ich wyjątkowa czułość na światło widzialne (400–450 nm) sprawia, że są skuteczne w inicjowaniu polimeryzacji pod wpływem LED w zakresie widzialnym. Co więcej, badania nad fotoinicjatorami ruthenowymi wykazały ich wyższe właściwości biokompatybilne oraz niższą toksyczność w porównaniu z klasycznymi fotoinicjatorami UV, takimi jak Irgacure 2959. W badaniach nad żywicami zawierającymi żelatynę, fotoinicjacja za pomocą Ru/SPS prowadziła do lepszej stabilności strukturalnej hydrożelu i wyższej przeżywalności komórek w porównaniu z żywicami fotopolimeryzowanymi za pomocą Irgacure 2959. To potwierdza przydatność kompleksów ruthenowych w zastosowaniach bioinżynierii tkanek, w których wysoka stabilność materiału i minimalna toksyczność są kluczowe dla sukcesu aplikacji.

Kompleksy miedziowe, takie jak Cu(I), również zostały przebadane jako fotoinicjatory w różnych procesach fotopolimeryzacji. Wykazują one interesujące właściwości w kontekście aplikacji w druku 3D, ponieważ ich właściwości optyczne mogą być dostosowane do specyficznych wymagań procesu. Związki te, podobnie jak ZnTPP i ruthenowe, posiadają zdolność do inicjowania polimeryzacji pod wpływem światła widzialnego, co czyni je atrakcyjnymi w zastosowaniach, w których tradycyjne fotoinicjatory UV mogłyby być mniej efektywne lub bardziej toksyczne.

Podsumowując, fotoinicjatory metalowe, szczególnie te oparte na cynku, ruthenie i miedzi, mają kluczowe znaczenie w nowoczesnych metodach polimeryzacji stosowanych w technologii druku 3D. Wykazują one wysoką efektywność w inicjowaniu reakcji polimeryzacji pod wpływem światła widzialnego, co umożliwia precyzyjne i szybkie tworzenie struktur o wysokiej rozdzielczości. Zastosowanie tych fotoinicjatorów w biomateriałach, takich jak bioinksy do druku tkanek, otwiera nowe możliwości w inżynierii tkanek, a ich biokompatybilność oraz zmniejszona toksyczność w porównaniu do tradycyjnych fotoinicjatorów UV stanowi duży krok naprzód w tej dziedzinie.

Również należy zauważyć, że fotoinicjatory metalowe oferują większą tolerancję na tlen, co jest szczególnie ważne w procesach druku 3D, gdzie kontakt materiału z tlenem może spowolnić polimeryzację, zwłaszcza w przypadku tradycyjnych fotoinicjatorów. Dodatkowo, możliwość pracy w widzialnym zakresie światła pozwala na bardziej selektywne i kontrolowane inicjowanie reakcji, co ma kluczowe znaczenie w kontekście precyzyjnego druku 3D i wytwarzania materiałów o wysokiej jakości.

Jak poprawić jakość grupowania K-means w analizie danych finansowych?
Jak analiza stochastyczna może pomóc w badaniach układów quasi-Hamiltonowskich?
Czy język Trumpa przypomina retorykę faszystowską? Wykorzystanie strategii populistycznych w komunikacji politycznej
Jak zastosować metodę PSOD-PS w dyskretyzacji i rozwiązaniu układów równań?
Jakie wyzwania i czynniki projektowe należy uwzględnić przy wykorzystaniu stopów pamięci kształtu?