Wavelength Selective Multi‐Material 3D Printing of Soft Active Devices Using Orthogonal Photoreactions

材料科学 光致聚合物 丙烯酸酯 3D打印 固化(化学) 玻璃化转变 光引发剂 聚合物 单体 波长 聚合 化学工程 高分子化学 光电子学 复合材料 工程类
作者
Elisabeth Rossegger,Jakob Strasser,Rita Höller,Mathias Fleisch,Michael Berer,Sandra Schlögl
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:44 (2) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/marc.202200586
摘要

Orthogonal photoreactions provide a unique way to locally and independently control (thermo)mechanical properties and functionality of polymer networks simply by choice of the wavelength. Herein, a library of acrylate functional coumarin monomers is synthesized, which are cured by sequence-dependent wavelength orthogonality. In the presence of a long wavelength absorbing photoinitiator, the monomers undergo rapid curing by visible light induced radical chain growth polymerization. Subsequent irradiation with light in the UV-A region selectively initiates the [2+2] photocycloaddition of the coumarin chromophores, which is confirmed by FTIR and UV-vis experiments. Through a well-targeted design, acrylate-based and thiol-acrylate resin formulations are prepared, whose fast curing rate, low viscosity, and prolonged storage stability enable the one-step fabrication of multi-material structures by digital light processing (DLP) 3D printing. By using a dual-wavelength printer, which operates at two different wavelengths (405 and 365 nm), objects comprising soft (ε = 22%, σ = 7.5 MPa) and stiff (ε = 2%, σ = 8.3 MPa) domains are printed with a single resin vat. Along with tensile properties, the wavelength selective change in the network structure features a local control of the glass transition temperature (ΔTg = 17 °C) in the 3D-printed objects. Soft active devices are fabricated by dual-wavelength DLP 3D printing, with distinct domains having a higher Tg and the local programming of multi shapes is demonstrated.

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