طباعة ثلاثية الأبعاد للراتنج القابل للتوسيع

ركزت المرحلة الأولى من الدراسة على اختيار المونومر الذي سيكون بمثابة لبنة بناء لراتنج البوليمر. يجب أن يكون المونومر قابلاً للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، وأن يكون لديه وقت معالجة قصير نسبيًا، وأن يعرض خصائص ميكانيكية مرغوبة مناسبة للتطبيقات ذات الضغط العالي. وبعد اختبار ثلاثة مرشحين محتملين، استقر الفريق في نهاية المطاف على 2-هيدروكسي إيثيل ميثاكريلات (سنسميه فقط HEMA).

بمجرد قفل المونومر، شرع الباحثون في العثور على تركيز البادئ الضوئي الأمثل جنبًا إلى جنب مع عامل النفخ المناسب لإقران HEMA به. تم اختبار نوعين من أجهزة البادئ الضوئي لمعرفة مدى استعدادهما للمعالجة تحت مصابيح الأشعة فوق البنفسجية القياسية مقاس 405 نانومتر والتي توجد عادة في معظم أنظمة SLA. تم دمج المحفزات الضوئية بنسبة 1:1 وخلطها بنسبة 5% بالوزن للحصول على أفضل نتيجة. كان العثور على عامل النفخ - الذي سيتم استخدامه لتسهيل توسيع البنية الخلوية لـ HEMA، مما يؤدي إلى "الرغوة" - أصعب قليلاً. كانت العديد من العوامل التي تم اختبارها غير قابلة للذوبان أو يصعب تثبيتها، لكن الفريق استقر أخيرًا على عامل نفخ غير تقليدي يستخدم عادةً مع البوليمرات الشبيهة بالبوليسترين.

تم استخدام الخليط المعقد من المكونات لصياغة راتنج البوليمر الضوئي النهائي، وعمل الفريق على طباعة ثلاثية الأبعاد لبعض تصميمات CAD غير المعقدة. تمت طباعة النماذج ثلاثية الأبعاد على Anycubic Photon بمقياس 1x وتم تسخينها عند 200 درجة مئوية لمدة تصل إلى عشر دقائق. تعمل الحرارة على تحلل عامل النفخ، مما يؤدي إلى تنشيط عمل الرغوة للراتنج وتوسيع حجم النماذج. عند مقارنة الأبعاد قبل وبعد التوسعة، قام الباحثون بحساب التوسعات الحجمية بما يصل إلى 4000% (40x)، مما دفع النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى تجاوز حدود الأبعاد للوحة بناء الفوتون. ويعتقد الباحثون أن هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها في تطبيقات خفيفة الوزن مثل الرقائق الهوائية أو مساعدات الطفو بسبب الكثافة المنخفضة للغاية للمادة الموسعة.