Hydrogeelien 3D-tulostus

Abstract

Opinnäytetyö toteutettiin Tampereen yliopiston Hervannan kampuksella Bioperäisten ja nanomateriaalien supramolekulaarinen kemia -tutkimusryhmässä. Työn tavoitteena oli tutkia käytetyn hydrogeeliliuoksen optisia ominaisuuksia Monoprinterin MONO3-3CH-tulostimen avulla sekä mahdollisuuksien mukaan kehittää tulostusprosessia työssä vastaantulevien haasteiden osalta. Tavoitteiden saavuttamiseksi työn tarkoituksena oli tutkia metyleenisinisen konsentraation, kovettamisenergian ja näytteiden säilytyksen vaikutusta tulostettavien näytteiden väriin ja värinmuutoksiin. Tarkoituksena oli myös muodostaa kriittisen energian käyrä käytetylle liuokselle ja parantaa näytteiden tulostettavuutta.

Työskentely toteutettiin toimeksiantajan uudella digitaalisen valonkäsittelyn 3D-tulostimella tulostamalla useita erilaisia näytteitä ja vertailemalla niiden ominaisuuksia keskenään. Näyteliuoksen ainesosat pidettiin koko työn ajan samoina, mutta fotoinitiaattorina toimivan metyleenisinisen pitoisuutta muunneltiin vertailun vuoksi useissa tutkimuksissa. Tulostusasetuksiin tehtiin muutoksia muun muassa muuttamalla tulostusaikaa ja valon voimakkuutta, jotka vaikuttavat suoraan tulostuksen kovettamisenergiaan.

Työn kokeellisesta osuudesta saatiin paljon uutta ja mielenkiintoista tietoa käytetyn hydrogeeliliuoksen käyttäytymisestä tulostuksessa. Käytännön tutkimusten avulla saatiin monia tuloksia, joihin voitiin löytää selitys teorialähteistä ja joista voitiin vetää hydrogeelien 3D-tulostukseen liittyviä yleisiä johtopäätöksiä. Tulostuksen kehittäminen keskittyi ennen kaikkea tulostettavuuden parantamiseen, koska suurempia haasteita tulostusprosessissa ei huomattu. Tutkimusta tulee jatkaa tällä liuoksella muun muassa valmistamalla useampia rinnakkaisnäytteitä ja selvittämällä tarkempia syitä näytteiden värinmuutosten taustalla. Tässä työssä keskityttiin nimenomaan PEGDAsta, metyleenisinisestä ja TEAsta valmistettuun liuokseen, joten muunlaisten hydrogeelien tulostusta tulee tulevaisuudessa tutkia vielä erikseen.

This bachelor’s thesis was done in the Supramolecular chemistry of bio- and nanomaterials research group of Tampere University. The purpose of the thesis was to study the optical properties of the hydrogel solution and to develop a method for printing with Monoprinter MONO3-3CH 3D printer. The main objective was to determine the effect of different variables on the colour changes of the samples. The most important variables studied were the concentration of the Methylene Blue, the curing energy and storage conditions of the samples. In addition to the colour, the other objectives were drawing the critical energy curve for the solution and improving the printability of the samples.

This study was conducted as a project which included printing the samples with digital light 3D printer. Components of the solution were the same in every print but the concentration of the Methylene Blue was adjusted in many steps of the work. Also, some printing settings were adjusted by way of comparison.

This thesis provides a starting point for further study of 3D printing of hydrogels and especially hydrogel solutions containing PEGDA, Methylene Blue and TEA. Further study of the method is recommended with more repeats and duplicate samples.