Les chercheurs du LLNL ont utilisé des simulations de dynamique moléculaire (MD) pour étudier la polymérisation de trois molécules différentes du même groupe réactif (acrylate) mais contenant différents composants non réactifs. Sont présentés des « instantanés » d'une simulation MD d'un monomère liquide au fur et à mesure qu'il polymérise et devient progressivement un solide, révélant l'émergence d'un réseau hautement réticulé à partir de monomères à deux fonctions acrylates. Crédit :John Karne
Une équipe du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a simulé la réticulation de réseaux polymères imprimés en 3D, une étape clé vers le développement de nouvelles résines fonctionnelles pour les techniques d'impression 3D basées sur la lumière, notamment la lithographie à deux photons (TPL) et la fabrication additive volumétrique (VAM).
L'équipe a utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour étudier, à un niveau microscopique, la cinétique et la topologie de trois molécules différentes du même groupe réactif (acrylate) mais contenant des composants non réactifs différents. Les chercheurs ont découvert que les différences dans la dynamique et la structure des polymères réticulés résultants, construit en utilisant les processus TPL et VAM, étaient le résultat de différences dans les parties non réactives des molécules. La recherche apparaît dans le numéro du 15 octobre du Journal de chimie physique B et est présenté en ligne comme couverture supplémentaire.
Les chercheurs ont déclaré que les connaissances acquises grâce à l'étude ouvrent la porte à des résines photosensibles conçues de manière rationnelle et les aideront dans leur quête pour concevoir de nouvelles résines photosensibles personnalisées capables de repousser les limites du VAM développé par TPL et LLNL. Ces techniques génèrent des objets 3D en projetant de la lumière à motifs dans des résines liquides, les faisant durcir aux points souhaités en quelques secondes. Les résines utilisées dans ces procédés contiennent souvent des molécules différentes avec les mêmes groupes fonctionnels réactifs, et leur formulation repose sur des méthodes d'essais et d'erreurs, avec les résultats traités comme des secrets commerciaux.
"Notre combinaison de simulations de dynamique moléculaire et de théorie mathématique des graphes nous permet de modifier ou de perturber la chimie et la physique des molécules qui servent de blocs de construction dans les techniques AM telles que TPL et VAM et de voir l'impact sur le polymère résultant, " a expliqué John Karnes, l'auteur principal du journal. "Comme nous pouvons voir chaque atome dans ces simulations, nous commençons à développer une intuition qui comble le fossé entre la topologie du réseau microscopique et le comportement macroscopique, comme comprendre la relation entre les boucles ou cycles intramoléculaires, et le point auquel la résine liquide se gélifie pour former la partie imprimée solide."
Le scientifique des matériaux du LLNL, Juergen Biener, a déclaré que l'équipe poursuivait le travail en explorant des durées et des échelles de temps plus longues, simuler des essais mécaniques de pièces imprimées et modéliser d'autres types de polymérisation d'intérêt pour LLNL.
