Применение полимеров с динамической ковалентной связью расширит горизонты 3D-печати

Ключевым новшеством является формула чернил, состоящая из химических связей, которые позволяют регулировать механические свойства печатного объекта. По словам Евы Бласко, профессора химии полимеров Гейдельбергского университета, руководившей исследованием, интеграция таких динамических связей и характеристик в объекты, напечатанные на 3D-принтере, может позволить пользователям тщательно настраивать широкий спектр физических характеристик после изготовления.

Для создания подробных микроструктур команда Бласко использовала двухфотонную лазерную печать (2PLP) — освещение чернил лазерным лучом для создания химической реакции на свет. При происходящей в этот момент полимеризации происходит объединение момномеров в более крупные частицы — полимеры. Куда бы ни сфокусировался лазер, он создает сети полимеров с динамической ковалентной связью. Таким образом, тщательно сканируя светочувствительный материал, можно создавать сложные трёхмерные объекты с точными характеристиками.

Чтобы продемонстрировать потенциал своего подхода, команда Бласко напечатала на 3D-принтере микромасштабные модели цветка, осьминога и геккона. Затем напечатанные объекты погружали в пробирку, содержащую стирол — мономер, из которого образуется стекловидный полимер, называемый полистиролом, — перед тем, как нагреть, что вызвало разрыв динамических ковалентных связей. Как только связи открылись, между двумя концами образовались нити полистирола, в результате чего объём микромасштабных моделей увеличился в восемь раз примерно за четыре часа. Добавление полистирола также привело к тому, что модели стали значительно твёрже, но, несмотря на расширение, они сохранили свою форму и мелкие детали своей конструкции.

В отдельном эксперименте исследователи показали, что они могут изменять механические свойства печатных структур без изменения их размера, нагревая их в присутствии молекулы, которая помогает открывать динамические связи. Это сделало объекты более мягкими, потому что раскрытие связей уменьшает количество поперечных связей в полимерных сетях.

По словам Бласко, включение динамической ковалентной химии в 3D-печать имеет значительный потенциал и открывает некоторые уникальные возможности.