طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام راتنج قابل للتمدد

ركزت المرحلة الأولى من الدراسة على اختيار مونومر يُستخدم كوحدة بناء أساسية لراتنج البوليمر. كان من الضروري أن يكون المونومر قابلاً للتصلب بالأشعة فوق البنفسجية، وأن يتميز بفترة تصلب قصيرة نسبيًا، وأن يمتلك خصائص ميكانيكية مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحمل إجهاد عالٍ. بعد اختبار ثلاثة مرشحين محتملين، استقر الفريق في النهاية على 2-هيدروكسي إيثيل ميثاكريلات (سنشير إليه اختصارًا بـ HEMA).

بعد تثبيت المونومر، شرع الباحثون في البحث عن التركيز الأمثل للمحفز الضوئي، بالإضافة إلى عامل نفخ مناسب لربط مادة HEMA به. تم اختبار نوعين من المحفزات الضوئية لمعرفة مدى استجابتهما للتصلب تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية القياسي بطول موجي 405 نانومتر، وهو الطول الموجي الشائع في معظم أنظمة الطباعة المجسمة الضوئية (SLA). تم دمج المحفزات الضوئية بنسبة 1:1، وخلطها بنسبة 5% وزناً للحصول على أفضل النتائج. أما عامل النفخ - الذي يُستخدم لتسهيل تمدد البنية الخلوية لمادة HEMA، مما يؤدي إلى تكوين رغوة - فقد كان إيجاده 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 مزيج معقد من المكونات لصياغة راتنج البوليمر الضوئي النهائي، وبدأ الفريق العمل على طباعة نماذج ثلاثية الأبعاد لبعض التصاميم البسيطة باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). طُبعت النماذج ثلاثية الأبعاد على طابعة Anycubic Photon بمقياس 1x وسُخّنت عند 200 درجة مئوية لمدة تصل إلى عشر دقائق. أدى التسخين إلى تحلل عامل النفخ، مما فعّل عملية تكوين الرغوة في الراتنج وزاد من حجم النماذج. وبمقارنة الأبعاد قبل وبعد التمدد، حسب الباحثون تمددات حجمية تصل إلى 4000% (40 ضعفًا)، مما تجاوز حدود أبعاد لوحة الطباعة ثلاثية الأبعاد لطابعة Photon. يعتقد الباحثون أن هذه التقنية يُمكن استخدامها في تطبيقات خفيفة الوزن مثل الأجنحة الهوائية أو أدوات الطفو نظرًا لانخفاض كثافة المادة المتمددة بشكل كبير.