Первый этап исследования был сосредоточен на выборе мономера, который будет служить строительным блоком для полимерной смолы. Мономер должен был отверждаться УФ-излучением, иметь относительно короткое время отверждения и демонстрировать желаемые механические свойства, подходящие для применений с более высокими нагрузками. Команда, протестировав трёх потенциальных кандидатов, в конце концов остановилась на 2-гидроксиэтилметакрилате (мы назовём его просто ГЕМА).
Как только мономер был зафиксирован, исследователи приступили к поиску оптимальной концентрации фотоинициатора, а также подходящего пенообразователя для соединения HEMA. Два вида фотоинициаторов были протестированы на их готовность отверждаться под действием стандартных УФ-светов с длиной волны 405 нм, которые обычно встречаются в большинстве систем SLA. Фотоинициаторы объединяли в соотношении 1:1 и смешивали в концентрации 5% по массе для достижения наиболее оптимального результата. Вспенивающий агент, который будет использоваться для облегчения расширения клеточной структуры HEMA, приводящего к «вспениванию», найти было немного сложнее. Многие из протестированных агентов были нерастворимы или их трудно стабилизировать, но в конце концов команда остановилась на нетрадиционном пенообразователе, обычно используемом с полистиролоподобными полимерами.
Сложная смесь ингредиентов была использована для создания окончательной фотополимерной смолы, и команда приступила к работе над 3D-печатью нескольких не очень сложных проектов САПР. Модели были напечатаны на 3D-принтере Anycubic Photon в масштабе 1x и нагревались при 200°C в течение десяти минут. Под воздействием тепла пенообразователь разлагается, активируя пенообразующее действие смолы и увеличивая размер моделей. Сравнивая размеры до и после расширения, исследователи рассчитали объемное расширение до 4000% (в 40 раз), что позволило 3D-печатным моделям преодолеть размерные ограничения рабочей пластины Photon. Исследователи полагают, что эту технологию можно использовать для легких конструкций, таких как аэродинамические крылья или средства плавучести, из-за чрезвычайно низкой плотности вспененного материала.
Время публикации: 30 сентября 2024 г.
