Master's Thesis

Preparation and Characterization of Resins for Nano Photopolymer 3D Printing

Author of thesis: Bc. Lenka Kopřivová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Silvestr Figalla, Ph.D.

Reviewer: Ing. Stanislav Stříteský, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the preparation and characterization of acrylate resins intended for nano-scale photo 3D printing using the two-photon polymerization method. The theoretical part summarizes the principles of photopolymer 3D printing, with an emphasis on two-photon polymerization, materials used for this technology, and factors affecting the printing and mechanical properties of the resulting structures. In the experimental part, two types of polyester oligomers were synthesized and subsequently functionalized with acrylate groups. Photocurable resins containing a photoinitiator (3.0 wt.% Irgacure 819) were prepared. The materials were characterized by determining the acid value, hydroxyl value, FTIR spectroscopy, rheological measurements, scanning electron microscopy, optical microscopy, DSC, and Photo-DSC analysis. Furthermore, their printability was evaluated through the fabrication of structures using two-photon polymerization and stereolithography techniques. The study also included the evaluation of mechanical properties of the prepared structures using micro- and macro-mechanical bending tests. Mechanical properties at the microscale were measured using atomic force microscopy (AFM), while macroscale measurements were carried out using a universal testing machine for mechanical testing of materials. The influence of the chemical structure of the resins on rheological behavior, photopolymerization activity, printing parameters, and mechanical properties of the resulting materials was assessed. The results demonstrated the potential of the prepared acrylate resins for application in nano-scale photo 3D printing and provided insights for further development of materials for two-photon polymerization.

Keywords:

Two-photon polymerization, 3D printing, acrylate resins, photopolymerization, nano 3D printing

Date of defence

01.06.2026

Date of publish

31.05.2029

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka při obhajobě práce na téma Příprava a charakterizace pryskyřic pro nano foto 3D tisk nejdříve představila motivaci své práce a komisi seznámila se základními pojmy z oblasti foto 3D nanotisku, postupem přípravy různých typů vzorků a měření vlastností 3D struktur. Následně popsala dosažené výsledky, vytištěné mikrostruktury a shrnula veškeré dosažené výsledky. Studentka pak odpovídala na otázky oponenta: 1) V kapitole 3.5.1 je zmíněna kyslíková inhibice polymerace akrylátové pryskyřice a tvorba peroxylových radikálů. Může tvorba těchto peroxylových radikálů prodlužovat čas pro úplné vytvrzení pryskyřic a případně opožděně spouštět síťovací reakci? 2) Do syntetizovaných pryskyřic byl před finálním sušením přidán stabilizátor GENORAD*26 za účelem zamezení nežádoucí polymerace. Jakým způsobem tento stabilizátor brání nežádoucí polymeraci a může mít obsah stabilizátoru vliv na parametry 3D tisku? Komise poté položila následující otázky: 1) Proč jste vyvýjela svoji vlastní pryskyřici? 2) K čemu je dobrý 3D nanotisk, je konkurenceschopný oproti jiným metodám? 3) Jak je vysvětlíte naměřené nižší moduly pružnosti? Na dané otázky diplomantka výborně odpověděla.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Materials Science

Study programme

Chemistry and Technology of Materials (NPCP_CHTM)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (člen)
Ing. Jiří Pác (člen)
Ing. Jiří Lerch (člen)

Supervisor’s report
Ing. Silvestr Figalla, Ph.D.

Bc. Lenka Kopřivová vypracovala svou diplomovou práci na téma: „Příprava a charakterizace pryskyřic pro foto 3D nano tisk“ s vysokou samostatností při řešení problémů vzešlých během realizace. Studentka zvládla syntézní i charakterizační část práce. Funkčnost navržených polymerních systémů experimentálně ověřila na 3D nano dvoufotonovém litografu ve spolupráci s externí firmou. Tiskových experimentů se studentka aktivně účastnila. Práce obsahuje také inovativní experiment měření mechanických vlastností v mikroměřítku. Ten umožnila možnost tisku zkušebních těles standartní geometrie mikrometrovém rozměru. Následným porovnáním s makroskopickými analogy bylo možné odhalit vliv samotného rozměru zkušebního tělesa na získané mikro a makro mechanické parametry. I přes složitost a komplexnost zadaného úkolu se spoustou neznámých na začátku řešení práce studentka splnila zadání práce. Výsledkem je popis metody přípravy dvou pryskyřic použitelných pro dvoufotonový 3D tisk s potenciálem dosažení biokompatibility výtisku, která sice nebyla primárním cílem práce, ale bylo na ni při výběru prekurzorů přihlíženo. Studentka hojně využívala konzultací během experimentální práce i formulace textové části. Rešeršní část odpovídá obsahu práce a je dostatečně citována. I přes nutnost dalšího ověřování získaných dat hodnotím jako vedoucí  výsledek známkou A- výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury B
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse B
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Stanislav Stříteský, Ph.D.

Pro úspěšné zpracování zadání bylo potřeba pracovat s poměrně rozsáhlým množstvím literatury z různých oborů. Text se soustředí na informace podstatné pro řešení práce a vyhýbá se zbytečným detailům či odbočkám od tématu. Po stylistické i jazykové stránce je práce na velmi dobré úrovni, bez výraznějších chyb či neobratných formulací. Přesto se v textu místy objevují drobné nepřesnosti a typografické chyby, které však nijak zásadně nesnižují celkovou kvalitu práce (např. "stereholitografile" str. 14 nebo uvádění "valenčního a vodivostního pásu" pro pryskyřice na str. 17).

Zmíněné drobné nedostatky významně nesnižují úroveň předložené práce, která vyžadovala hodně tvůrčího úsilí a také předchozí zkušenosti s uvedenou problematikou. Z experimentálního pohledu se jedná se o velice kvalitní a rozsáhlou práci, v rámci které musela studentka zvládnout nejenom vlastní syntézu, průběžnou kontrolu syntézy, charakterizaci pryskyřice před a po vytvrzení, ale i 3D makro a mikro tisk.

Celkově je možno shrnout, že studentka prokázala velmi vysokou schopnost samostatné práce odborného charakteru a kompletně naplnila zadání práce. Diplomovou práci hodnotím výborně a doporučuji ji k obhajobě. 

Otázky a náměty k obhajobě:

1. V kapitole 3.5.1 je zmíněna kyslíková inhibice polymerace akrylátové pryskyřice a tvorba peroxylových radikálů. Může tvorba těchto peroxylových radikálů prodlužovat čas pro úplné vytvrzení pryskyřic a případně opožděně spouštět síťovací reakci?

2. Do syntetizovaných pryskyřic byl před finálním sušením přidán stabilizátor GENORAD*26 za účelem zamezení nežádoucí polymerace. Jakým způsobem tento stabilizátor brání nežádoucí polymeraci a může mít obsah stabilizátoru vliv na parametry 3D tisku?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

The publication of the diploma thesis is postponed in accordance with the provisions of Section 47b(4) of Act No. 111/1998 Coll., on Higher Education Institutions. The reason for postponing the publication is that the diploma thesis deals with research work conducted for the company IQS nano s.r.o., in connection with commissioned contract research under purchase order No. OV32600099, within the meaning of the relevant provisions of Act No. 89/2012 Coll., the Civil Code.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová