Ett lag från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har simulerat tvärbindningen av 3-D-tryckta polymernätverk, ett viktigt steg mot att utveckla nya funktionella hartser för ljusbaserade 3-D-utskriftstekniker inklusive tvåfotonlitografi (TPL) och volymetrisk additiv tillverkning (VAM).

Teamet använde simuleringar av molekylär dynamik för att studera, på mikroskopisk nivå, kinetiken och topologin för tre olika molekyler från samma reaktiva grupp (akrylat) men som innehåller olika icke-reaktiva komponenter. Forskarna fann att skillnader i dynamiken och strukturen hos de resulterande tvärbundna polymererna, byggd med hjälp av TPL- och VAM-processerna, var ett resultat av skillnader i de icke-reaktiva delarna av molekylerna. Forskningen visas i numret av den 15 oktober Journal of Physical Chemistry B och visas online som ett kompletterande omslag.

Forskare sa att insikterna från studien öppnar dörren för rationellt designade fotoresister och kommer att hjälpa dem i deras strävan att designa nya anpassade ljuskänsliga hartser som kan tänja på gränserna för TPL och LLNL-utvecklad VAM. Dessa tekniker genererar 3D-objekt genom att projicera mönstrat ljus i flytande hartser, får dem att härda vid önskade punkter inom några sekunder. Hartserna som används i dessa processer innehåller ofta olika molekyler med samma reaktiva funktionella grupper, och deras formulering bygger på försök och felmetoder, med resultaten behandlade som affärshemligheter.

"Vår kombination av molekylära dynamiksimuleringar och matematisk grafteori tillåter oss att modifiera eller störa kemin och fysiken hos molekyler som fungerar som byggstenarna i AM-tekniker som TPL och VAM och se effekten på den resulterande polymeren, " förklarade John Karnes, tidningens huvudförfattare. "Eftersom vi kan se varje atom i dessa simuleringar, vi börjar utveckla intuition som överbryggar klyftan mellan mikroskopisk nätverkstopologi och makroskopiskt beteende, som att förstå förhållandet mellan intramolekylära slingor eller cykler, och den punkt vid vilken det flytande hartset gelar för att bilda den fasta tryckta delen."

LLNL materialforskare Juergen Biener sa att teamet fortsätter arbetet genom att utforska längre längd- och tidsskalor, simulering av mekanisk testning av tryckta delar och modellering av andra typer av polymerisation av intresse för LLNL.