הזרקת דיו מודפסים Polyvinyl אלכוהול Multilayers
11 במאי 2017
מדפסת הזרקת דיו שימש לייצור multivayers polyvinyl אלכוהול. דיו פוליוויניל המבוסס על מים, נוסח, והתכונות הפיזיות העיקריות נחקרו.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר רב שכבות אלכוהול פוליוויניל בשיטות הדפסת הזרקת דיו. הדפסת הזרקת דיו היא טכנולוגיית הדפסה גמישה ויעילה וחינמית המאפשרת לנו לייצר מבנים תלת מימדיים מורכבים במספר חומרים. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם היעילות בשימוש בחומרים, שותפות דיגיטלית ותוספתית, תהליך ללא מגע, תאימות לחומרים רבים במצע, תצהיר בטמפרטורת החדר, ייצור במהירות גבוהה ובעלות נמוכה.
כדי להתחיל בהליך זה, יש לחמם מים מטוהרים ל 60 מעלות צלזיוס. הוסף אלכוהול פוליוויניל כך שאחוז המשקל הסופי של אלכוהול פוליוויניל בתמיסה הוא 8%ואז הוסף מונופרופילן גליקול כך שאחוז המשקל הסופי שלו בתמיסה הוא 10%מערבבים את התמיסה במשך שש עד שמונה שעות כדי להבטיח הומוגניות. לאחר מכן, סנן את התמיסה דרך פילטר של חמישה מיקרומטר.
הערך חזותית את הדיו להומוגניות וסימני שקיעה. אפיון הדיו כמתואר בפרוטוקול הטקסט. לאחר מכן, יש לנקות היטב את מצע הזכוכית, תחילה עם אצטון ואז עם מים נטולי יונים.
בעזרת אקדח ריסוס חנקן יש לייבש את מצע הכביסה. טען את המצע על מצע ההדפסה ואבטח אותו היטב. שטוף דיו דרך ראש ההדפסה כדי להסיר כל אוויר או תמיסת ניקוי מהמאגר והחרירים.
לאחר מכן, טען את המחסנית למדפסת. חבר את ראש ההדפסה למנהל ההדפסה GIS באמצעות לוח האישיות של הראש. טען את תמיסת הדיו למזרק 150 מיליליטר הממוקם מעל המחסנית.
אטמו את המזרק עם מכסה אטום לאוויר. לאחר מכן, לחץ על לחצן הטיהור כדי לטהר את הדיו דרך הזרבובית. לאחר הגדרת טופס הגל ופרמטרי ההדפסה, טען את התמונה הרצויה להדפסה.
התחל את התהליך הדיגיטלי והדפס את תבנית התמונה על המצע. לאחר מכן, נתח את התבנית המודפסת כמתואר בפרוטוקול הטקסט. במחקר זה נחקרות התכונות הפיזיקליות של דיו על בסיס מים PVOH.
ההתנהגות הראולוגית נבדקת על ידי מדידת הצמיגות כפונקציה של קצב הגזירה. נראה כי הצמיגות פוחתת עם הגדלת קצב הגזירה, מה שמצביע על כך שהדיו מציג התנהגות דילול גזירה פסאודופלסטית. יציבות הדיו נבדקת לאחר מכן על ידי מדידת הצמיגות וה-pH כפונקציה של זמן לאורך 30 יום.
הצמיגות הממוצעת היא 7.76 סנטיפוי ואילו ה-pH הממוצע הוא 6.71, מה שחושף שהדיו יציב מאוד לאורך זמן. לאחר מכן נחקרת התנהגות ההרטבה של הדיו. כפי שניתן לראות, דיו ה- PVOH מפגין רמה טובה של הרטבה עם זווית המגע הראשונה של 54.5 מעלות.
לאחר מכן נצפית ירידה קלה בזווית המגע במשך 25 השניות הראשונות, ולאחר מכן היא מתייצבת. מיקרוגרף אופטי של הדפסת הזרקת דיו עם 10 שכבות של מעברי הדפסה מראה מספר פגמים שנוצרו על ידי אפקט כתם הקפה הטבעתי. עם זאת, נראה שהאיכות משתפרת משמעותית עם 75 שכבות של מעברי הדפסה.
זו עשויה להיות תוצאה של שינוי בקצב אידוי הממס והשינוי באינטראקציה בממשק בין השכבות החופפות הנוספות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לנסח דיו ועל כל השלבים הנדרשים לצביעת הסיר באמצעות שיטת ייצור שכבות תוספות הנקראת הדפסת הזרקת דיו. בסך הכל, המטרה שלנו הייתה לחקור את הפוטנציאל של טכנולוגיית הדפסת הזרקת דיו כדי לספק פלטפורמה נוספת לייצור אלכוהול פוליוויניל רב שכבתי.
העניין במגזרים רבים בתעשייה צבר תאוצה לטכנולוגיה זו. כעת יש לנו את היכולת למנות את החומרים הפעילים במבנה רב-שכבתי מדויק תוך הגנה על הצרכן או על הפעילים עם שמונה שכבות מגן מסיסות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מתמקד בייצור של שכבות רב-שכבתיות של polyvinyl alcohol באמצעות טכניקות של הדפסת הזרקת דיו. התהליך מדגיש את היעילות והרב-גוניות של הדפסת הזרקת דיו ביצירת מבנים מורכבים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדע החומרים
- טכנולוגיית הדפסה
- כימיה של פולימרים
רקע
- הדפסת הזרקת דיו היא טכנולוגיה גמישה ויעילה.
- היא מאפשרת יצירה של מבנים תלת-ממדיים מורכבים.
- התהליך תואם חומרים שונים.
- הוא מציע יתרונות כגון ייצור בעלות נמוכה והפקה במהירות גבוהה.
מטרת המחקר
- לייצור שכבות רב-שכבתיות של polyvinyl alcohol.
- לבחינת התכונות הפיזיקליות של השכבות המודפסות.
- להדגמת היכולות של הדפסת הזרקת דיו (inkjet printing) בייצור חומרים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- חימום מים מזוקקים ל-60 °C.
- הוספת polyvinyl alcohol להשגת ריכוז של 8% ממשקל התמיסה.
- הוספת monopropylene glycol להשגת ריכוז של 10% ממשקל התמיסה.
- ערבוב התמיסה במשך 6 עד 8 שעות להשגת הומוגניות.
תוצאים עיקריים
- התמיסה סונננה בהצלחה באמצעות מסנן של 5 µm.
- נבחנו התכונות הפיזיקליות של השכבות המרובות.
- הוכחה ההיתכנות של שימוש בהדפסת הזרקת דיו לייצור שכבות מרובות.
- הודגשה היעילות של ניצול החומרים בתהליך.
מסקנות
- הדפסת הזרקת דיו היא שיטה יעילה ליצירת שכבות רבות של polyvinyl alcohol.
- התהליך יעיל וניתן להתאמה למגוון יישומים.
- מחקרים נוספים יכולים לבחון חומרים ויישומים נוספים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הדפסת הזרקת דיו של רב-שכבות פוליוינילאל מאפשרת ייצור אדיטיבי מדויק של מבני פולימר מסיסי מים ליישומים פרמצבטיים. גישה זו תומכת בפיתוח של שכבות מחסום מסיס ומערכות לשחרור מבוקר על ידי אפשור שיקוע מדויק של מינוני חומרים פעילים בתוך רב-שכבות מגנות. השיטה מגבירה את הביטחון החזוי בתכנון מוקדם של פורמולציות באמצעות ייצור הדיר של ארכיטקטורות פולימר הידרופיליות עם פסולת מינימלית.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות למערכות הובלה מבוססות פולימר באמצעות התאמה של עובי והרכב הרב-שכבות.
- ערך תפעולי: תומך ביצירה מהירה של אבות-טיפוס למערכות מחסום מסיסות להערכת הגנה פעילה ופרופילי שחרור.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספק סרטי PVOH סטנדרטיים הניתנים להרטבה על מצעי זכוכית עבור בדיקות עקביות של אינטראקציית תרופות.
- ערך תפעולי: מציע פורמולציית דיו הניתנת לשחזור עם צמיגות מאופיינת (7.5 cP), pH (6.7) ויציבות לאורך זמן לביצועי הדפסה אמינים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקל על הפחתת סיכונים מכניסטיים של נשאי פולימרים הידרופיליים על ידי מתן אפשרות לניתוח ספציפי לשכבות של התאיידות ממס ואינטראקציות ממשקיות.
- ערך תפעולי: מדגים יכולת הרחבה (scalability) מהדפסים של 10 שכבות להדפסים של 75 שכבות, ובכך תומך במעבר מהוכחת היתכנות להערכה פרה-קלינית.
שילוב בצינור העיבוד ובזרימת העבודה
שיטה זו משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים על ידי מתן אפשרות לייצור מהיר של רב-שכבות פולימריות לצורך סריקת פורמולציות, ומקדמת מעבר למחקרים פרה-קליניים באמצעות שיפור באחידות העובי והפחתת פגמים עם הגדלת מספר השכבות.
- ביולוגיה של תגליות: תומך בבדיקת השערות לגבי יעילות מחסומי פולימר על ידי מתן שליטה מדויקת בארכיטקטורה רב-שכבתית.
- סקר: מספק מצעים מוכנים לבדיקה עם סמיכות מדידה (זווית מגע ראשונית של 54.5°) ותכונות דיו יציבות לאורך זמן.
- אנליטיקה: מאפשר ניתוח ריאולוגי והתנהגות רטיבות כדי לקשר בין פרמטרי ההדפסה לאיכות המבנית.
- מחקר תרגומי: מגשר בין שלב התגליות לשלב הפרה-קליני באמצעות ייצור אדיטיבי וניתן להרחבה של שכבות PVOH רב-שכבתיות המתאימות להערכת ציפויים ביו-תואמים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה לשימוש חוזר להשקעת פולימר רב-שכבתי עבור תוכניות פורמולציה מרובות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי ביצירת סרט פולימר באמצעות אפיון יציבות הדיו והתנהגות דילול-בגזירה (shear-thinning).
- ערך תפעולי: שיקוע סטנדרטי, ללא מגע, בטמפרטורת החדר, עם יעילות חומר גבוהה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות משופרת לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) בשלבי הפורמולציה המוקדמים על ידי הפחתת העמימות בעיבוד הפולימר.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם-סיכון של מערכות נשא הידרופיליות באמצעות תוצר רב-שכבתי הניתן לשחזור.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניסוח דיו ובאפיון ראולוגי.
- תלוי בחומרת הדפסה בזרם דיו פיאזו-אלקטרי ובסביבת הדפסה מבוקרת אקלים.
- מחייב סטנדרטיזציה של ניקוי התשתית (acetone/DI water) וייבוש בחנקן להבטחת עקביות ההיצמדות.
- כולל שיקולי התאמה עבור סמיכות של תשתיות שאינן זכוכית, כפי שהודגם במחקר.
- מוגבל על ידי פגמי "כתם קפה" (coffee-stain) במספר שכבות נמוך, דבר המחייב מעברים מספיקים (למשל, 75 layers) לשיפור האיכות.
