Pierwsza faza badań skupiała się na wyborze monomeru, który miałby stanowić budulec żywicy polimerowej. Monomer musiał być utwardzalny promieniami UV, mieć stosunkowo krótki czas utwardzania i wykazywać pożądane właściwości mechaniczne odpowiednie do zastosowań wymagających większych naprężeń. Zespół, po przetestowaniu trzech potencjalnych kandydatów, ostatecznie zdecydował się na metakrylan 2-hydroksyetylu (nazwiemy go po prostu HEMA).
Po zablokowaniu monomeru badacze postanowili znaleźć optymalne stężenie fotoinicjatora wraz z odpowiednim środkiem porotwórczym, z którym można sparować HEMA. Dwa gatunki fotoinicjatorów przetestowano pod kątem gotowości do utwardzania w standardowych lampach UV o długości fali 405 nm, które są powszechnie stosowane w większości systemów SLA. Fotoinicjatory połączono w stosunku 1:1 i zmieszano w ilości 5% wagowych, aby uzyskać najbardziej optymalny wynik. Znalezienie środka porotwórczego – który miałby ułatwić ekspansję struktury komórkowej HEMA, powodującą „pianienie” – było nieco trudniejsze. Wiele z testowanych środków było nierozpuszczalnych lub trudnych do ustabilizowania, ale zespół ostatecznie zdecydował się na nietradycyjny środek porotwórczy zwykle stosowany w przypadku polimerów polistyrenopodobnych.
Do opracowania ostatecznej żywicy fotopolimerowej wykorzystano złożoną mieszaninę składników, a zespół zaczął pracować nad wydrukiem 3D kilku niezbyt skomplikowanych projektów CAD. Modele wydrukowano w 3D na urządzeniu Anycubic Photon w skali 1x i ogrzewano w temperaturze 200°C przez maksymalnie dziesięć minut. Ciepło rozłożyło porofor, aktywując działanie pieniące żywicy i zwiększając rozmiar modeli. Porównując wymiary przed i po rozprężaniu, badacze obliczyli ekspansję objętościową do 4000% (40x), przekraczając ograniczenia wymiarowe płyty konstrukcyjnej Photona. Naukowcy są przekonani, że technologię tę można zastosować do lekkich zastosowań, takich jak profile lotnicze lub elementy utrzymujące pływalność, ze względu na wyjątkowo niską gęstość spienionego materiału.
Czas publikacji: 30 września 2024 r
