Taiwan: confinamento fotografico UV, blu e rosso nella stampa 3D
Gli scienziati taiwanesi stanno studiando i modi per superare gli ostacoli nella fotolitografia, descrivendo in dettaglio le loro scoperte nel recente articolo pubblicato, ” Confine fotografico controllato a 3 lunghezze d’onda (UV, blu, rosso) per la stampa 3D: cinetica e modellazione “.
Storicamente, la fotolitografia è stata limitata nella prototipazione alla fabbricazione di sottili strati di materiale creati tramite luce a lunghezza d’onda singola. Per espandere tali tecniche, i ricercatori hanno esplorato la fotolitografia a scrittura diretta a due colori (UV e luce blu).
Attualmente, il confinamento di fotopolimerizzazione (PC) è una tecnica comune per la stampa continua nella produzione additiva, offrendo un modo per fabbricare strutture ad alte velocità lineari, oltre a utilizzare una sola esposizione.
Il PC a 3 lunghezze d’onda ottimizzato richiede quanto segue:
Luce fotoinibizione (UV)
Numerosi monomeri e co-iniziatori compatibili
Fotoinibizione della crescita della catena dei radicali liberi
Resine spazialmente confinate e formulate
Eliminazione delle specie di inibitori al buio o dopo l’esposizione ai raggi UV
Grande profondità di inibizione della polimerizzazione adiacente alla finestra di proiezione
Produzione di pezzi continui
“Nei sistemi a doppia lunghezza d’onda, l’IT può essere ridotto diminuendo l’intensità di irraggiamento e quindi aumentando le velocità di stampa man mano che la polimerizzazione si avvicina alla finestra di proiezione”, hanno affermato i ricercatori. “Per una data composizione di resina, l’IT dipende dal rapporto tra inibitore e assorbanza dell’iniziatore, resa quantica dei radicali, velocità di reazione tra radicali e monomeri, iniziatore, co-iniziatore e inibitore, e intensità della luce e dose (o esposizione tempo).”
Se la luce viene variata in base al pixel, il sistema può anche completare la modellazione topografica sulla superficie con un singolo strato di esposizione. Per uno schema perpendicolare, si è notato che le fotopolimerizzazioni confinano “in profondità la resina polimerizzata regionale”, con luci blu e UV che causano la relativa iniziazione e inibizione della polimerizzazione.
Nel complesso, i ricercatori hanno capito che per un PC efficiente, richiedevano sia una forte inibizione N per un regime non indurito con una bassa conversione, sia una debole inibizione S per un’alta conversione sotto la luce blu o la luce blu e rossa iniziazione.
Una caratteristica inversa è stata osservata quando [B] era superiore al valore di transizione, portando a una conversione più elevata come previsto dalla formula del team di ricerca:
“Questa è una delle nuove scoperte di questo studio di modellistica, che, tuttavia, richiede ulteriori giustificazioni sperimentali”, hanno affermato gli autori.
“Una maggiore concentrazione di ossigeno porta a una conversione inferiore, che potrebbe essere migliorata riducendo l’inibizione S attraverso una pre-irradiazione a luce rossa o blu”, hanno concluso i ricercatori. “La strategia per un PC efficiente potrebbe essere raggiunta adattando i due fattori in competizione, l’inibizione N e l’inibizione S, indipendentemente attraverso le fasi di: (i) pre-irradiazione a luce rossa per un’inibizione S minima (inibizione dell’ossigeno) ; e (ii) seguita da un’irradiazione combinata di luce UV e blu, secondo il criterio per un PC efficiente per ottenere una profondità di confinamento ridotta e un’alta velocità di stampa. “
Profili di conversione (sinistra) e funzione H (destra), sotto l’irradiazione di 2 luci (blu e UV), senza ossigeno ([O2] 0. = 0) o luce rossa (B3 = 0), per vari concentrazione iniziale di [B] 0 = (0, 0,5, 1,0, 3,0) 1%, per curve (1,2,3,4); e per (B1, B2) = (0,05, 0,003) e [A] 0 = 1%. 
Profili di ossigeno sotto l’irradiazione della sola luce rossa (a sinistra); luce blu e rossa (a destra); ma in assenza di luce UV (o B2 = 0), per varie concentrazioni iniziali di ossigeno di [O2] 0 = (0,5,1,0, 2,0, 4,0)%, per curva (1,2,3,4); e [A] 0 = [B] 0 = 1%; B1 = B3 = 0,05 (1 / s /%); e costanti di velocità (k, k ‘, k ”, kT) = (8,1, 0,1,0,5) ((1 / s). profili di luce blu (senza luce UV) per (figura a sinistra) C10 = ( 0,05, 0,1, 0,2, 0,4)%, per curva (1,2,3,4), per fisso b1 = 0,1; e (figura destra) b1 = (0,015,0,0,0,0,0,0,0), per fisso C10 = 0,2 %; per C30 = 0,5%, [M] 0 = 0,2%, k ‘= 1,0, kT = 0,5, k57 = (k5 / k7) = k68 = (k6 / k8) = k ”= 35 (1 / s) . 
Schemi di percorsi fotochimici di una fotopolimerizzazione a 3 lunghezze d’onda, in cui i reticolanti sono formati attraverso tre percorsi: il fotoiniziatore A (sotto una luce blu), B (sotto una luce UV) e C mediato dall’ossigeno (sotto una luce rossa). I radicali di iniziazione R, [1O2] e [X] avviano la polimerizzazione del monomero [M]; mentre il radicale di inibizione [N] riduce il radicale attivo R. Viene anche mostrato il co-iniziatore (D) che reagisce con lo stato tripletto di A (A *) formando un radicale intermedio (R ‘) e un radicale reattivo (R) , avvio di reticolanti; le terminazioni possono essere causate dall’interazione tra R ‘, R e [N]. La conversione della luce blu potrebbe essere migliorata dalla pre-irradiazione della luce rossa che riduce l’effetto di inibizione dell’ossigeno; mentre potrebbe essere ridotto dall’inibitore [N], come meccanismo di spegnimento.