Volymetrisk additiv tillverkning (VAM) möjliggör snabb framställning av komplexa tredimensionella strukturer genom selektiv polymerisation av ett helt objekt i en volym av fotohärdande harts. Tekniken är särskilt lovande för vävnadstekniska tillämpningar. Den låga viskositeten hos hydrogelprekursorer kan dock leda till sedimentation av den polymeriserande strukturen, vilket försämrar utskriftsnoggrannheten. I detta examensarbete undersöktes laponit som reologisk modifierare i hydrogelhartser baserade på polyetylenglykoldiakrylat (PEGDA) för att förbättra deras lämplighet för volymetrisk utskrift.

Effekten av PEGDA:s molekylvikt och laponitkoncentrationen på hartsernas reologi, optiska egenskaper, mekaniska egenskaper, svällning och utskrivbarhet utvärderades systematiskt. PEGDA 700 valdes som baspolymer eftersom materialet uppvisade bättre mekaniska egenskaper och högre dimensionsstabilitet än en blandning av PEGDA 250 och PEGDA 700. När laponitkoncentrationen ökades från 0 till 4 viktprocent gav detta en koncentrationsberoende ökning av viskositeten, från 1,3 ± 0,1 mPa·s för rent PEGDA-harts (10 viktprocent) till 1 940 ± 390 mPa·s vid 4 viktprocent laponit. Samtidigt försämrades hartsernas bearbetbarhet vid högre laponitkoncentrationer, eftersom den kraftiga förtjockningen gjorde formuleringarna successivt svårare att bereda och hantera.

Vid volymetrisk utskrift visade det sig att formuleringar med 1 och 2 viktprocent laponit stabiliserade den polymeriserande strukturen och möjliggjorde framställning av självbärande hydrogelkonstruktioner. Formuleringen med 1 viktprocent laponit gav den bästa balansen mellan utskriftsstabilitet, bearbetbarhet och optiska egenskaper och användes framgångsrikt för att tillverka en komplex tredimensionell geometri. Preliminära biokompatibilitetsstudier visade dessutom att laponitkoncentrationer upp till 4 viktprocent inte hade någon negativ inverkan på den kortsiktiga metaboliska aktiviteten hos MC3T3-E1-celler.

Sammantaget visar resultaten att laponit är en effektiv reologisk modifierare för PEGDA-baserade hydrogelhartser och kan motverka de begränsningar som lågviskösa hartser innebär vid volymetrisk utskrift. En formulering bestående av 10 viktprocent PEGDA 700, 0,05 viktprocent LAP (litiumfenyl-2,4,6-trimetylbensoylfosfinat) och 1 viktprocent laponit identifierades som ett lovande system för volymetrisk framställning av hydrogelkonstruktioner och utgör en plattform för fortsatt optimering mot vävnadstekniska tillämpningar.

Volumetric additive manufacturing (VAM) enables the rapid fabrication of complex three-dimensional structures by selectively polymerising an entire object within a volume of photocurable resin. This approach is particularly promising for tissue engineering; however, the low viscosity of hydrogel precursor solutions can result in sedimentation of the polymerising structure and poor print fidelity. This thesis investigated laponite as a rheological modifier for poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)-based hydrogel resins to improve their suitability for volumetric printing.

The effects of PEGDA molecular weight and laponite concentration on resin rheology, optical behaviour, mechanical properties, swelling, and printability were systematically evaluated. PEGDA 700 was selected as the base polymer due to its improved mechanical properties and dimensional stability compared with a PEGDA 250:700 blend. Increasing the laponite concentration from 0 to 4 wt.% produced a concentration-dependent increase in viscosity, from 1.3 ± 0.1 mPa·s for PEGDA-only (10 wt.%) hydrogel resins to 1940 ± 390 mPa·s at 4 wt.% laponite. However, higher laponite concentrations also reduced resin processability, with pronounced thickening making the formulations increasingly difficult to prepare and handle.

Volumetric printing demonstrated that formulations containing 1 and 2 wt.% laponite stabilised the polymerising structure and enabled the fabrication of self-supporting hydrogel constructs. The 1 wt.% laponite formulation provided the most favourable balance between print stability, processability, and optical behaviour and was successfully used to fabricate a complex three-dimensional geometry. Preliminary biocompatibility studies further showed no adverse effect of laponite concentrations up to 4 wt.% on the short-term metabolic activity of MC3T3-E1 cells.

Overall, this work demonstrated that laponite is an effective rheological modifier for PEGDA-based hydrogel resins and can overcome the limitations associated with low viscosity resins in volumetric printing. A formulation containing 10 wt.% PEGDA 700, 0.05 wt.% LAP (2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), and 1 wt.% laponite was identified as a promising system for volumetric fabrication of hydrogel constructs and provides a platform for further optimisation towards tissue engineering applications.