Druk 3D z rozprężającej się żywicy

Pierwszy etap badań koncentrował się na wyborze monomeru, który stanowiłby budulec żywicy polimerowej. Monomer musiał być utwardzalny promieniowaniem UV, charakteryzować się stosunkowo krótkim czasem utwardzania i wykazywać pożądane właściwości mechaniczne, odpowiednie do zastosowań o wyższym naprężeniu. Zespół, po przetestowaniu trzech potencjalnych kandydatów, ostatecznie wybrał 2-hydroksyetylometakrylan (nazwijmy go HEMA).

Po zablokowaniu monomeru, naukowcy przystąpili do poszukiwania optymalnego stężenia fotoinicjatora wraz z odpowiednim środkiem spieniającym, z którym mogliby połączyć HEMA. Przetestowano dwa rodzaje fotoinicjatorów pod kątem ich gotowości do utwardzania w standardowych lampach UV o długości fali 405 nm, powszechnie stosowanych w większości systemów SLA. Fotoinicjatory połączono w stosunku 1:1 i zmieszano w ilości 5% wagowo, aby uzyskać optymalny rezultat. Środek spieniający – który miałby ułatwić ekspansję struktury komórkowej HEMA, powodując „spienianie” – okazał się nieco trudniejszy do znalezienia. Wiele z testowanych środków było nierozpuszczalnych lub trudnych do stabilizacji, ale zespół ostatecznie zdecydował się na niekonwencjonalny środek spieniający, zwykle stosowany w przypadku polimerów polistyrenopodobnych.

Złożona mieszanka składników została wykorzystana do stworzenia finalnej żywicy fotopolimerowej, a zespół przystąpił do pracy nad drukiem 3D kilku nieskomplikowanych projektów CAD. Modele wydrukowano w skali 1x na urządzeniu Anycubic Photon i wygrzano do 200°C przez maksymalnie dziesięć minut. Ciepło rozłożyło środek spieniający, aktywując spienianie żywicy i zwiększając rozmiar modeli. Porównując wymiary przed i po rozprężeniu, naukowcy obliczyli rozszerzalność objętościową sięgającą 4000% (40x), co pozwoliło wydrukować modele 3D poza ograniczenia wymiarowe platformy roboczej urządzenia Photon. Naukowcy uważają, że technologia ta może znaleźć zastosowanie w lekkich zastosowaniach, takich jak profile lotnicze czy kamizelki ratunkowe, ze względu na wyjątkowo niską gęstość spienionego materiału.