راتنج قابل للتمدد بطباعة ثلاثية الأبعاد

ركزت المرحلة الأولى من الدراسة على اختيار مونومر يُشكل اللبنة الأساسية لراتنج البوليمر. كان من الضروري أن يكون المونومر قابلاً للتصلب بالأشعة فوق البنفسجية، وأن يكون وقت تصلبه قصيرًا نسبيًا، وأن يُظهر خصائص ميكانيكية مرغوبة ومناسبة للتطبيقات عالية الإجهاد. بعد اختبار ثلاثة مرشحين محتملين، استقر الفريق في النهاية على 2-هيدروكسي إيثيل ميثاكريلات (سنسميه HEMA).

بمجرد تثبيت المونومر، شرع الباحثون في إيجاد التركيز الأمثل للمحفز الضوئي، بالإضافة إلى عامل نفخ مناسب لإقران مادة HEMA به. تم اختبار نوعين من المحفزات الضوئية لاختبار قابليتهما للتصلب تحت أشعة فوق بنفسجية قياسية بطول موجة 405 نانومتر، وهي شائعة الاستخدام في معظم أنظمة SLA. جُمعت المحفزات الضوئية بنسبة 1:1، وخُلطت بنسبة 5% من الوزن للحصول على أفضل نتيجة. كان العثور على عامل النفخ - الذي سيُستخدم لتسهيل تمدد البنية الخلوية لمحفز HEMA، مما يؤدي إلى "الرغوة" - أكثر صعوبة. كانت العديد من العوامل المختبرة غير قابلة للذوبان أو يصعب تثبيتها، لكن الفريق استقر في النهاية على عامل نفخ غير تقليدي يُستخدم عادةً مع البوليمرات الشبيهة بالبوليسترين.

استُخدم الخليط المعقد من المكونات لصياغة راتنج البوليمر الضوئي النهائي، وبدأ الفريق العمل على طباعة بعض تصميمات CAD غير المعقدة ثلاثية الأبعاد. طُبعت النماذج ثلاثية الأبعاد على جهاز Anycubic Photon بمقياس 1x وسُخّنت عند 200 درجة مئوية لمدة تصل إلى عشر دقائق. أدت الحرارة إلى تحلل عامل النفخ، مما أدى إلى تنشيط عملية تكوين الرغوة للراتنج وتوسيع حجم النماذج. بمقارنة أبعاد ما قبل التمدد وما بعده، حسب الباحثون تمددات حجمية تصل إلى 4000% (40x)، مما دفع النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى تجاوز الحدود البعدية للوحة بناء Photon. يعتقد الباحثون أنه يمكن استخدام هذه التقنية في التطبيقات خفيفة الوزن مثل الأجنحة أو مساعدات الطفو نظرًا للكثافة المنخفضة للغاية للمادة المتمددة.