Den första fasen av studien fokuserade på att välja en monomer som skulle fungera som byggsten för polymerhartset. Monomeren behövde vara UV-härdbar, ha en relativt kort härdningstid och uppvisa önskvärda mekaniska egenskaper lämpliga för tillämpningar med högre belastning. Efter att ha testat tre potentiella kandidater bestämde sig teamet slutligen för 2-hydroxietylmetakrylat (vi kallar det bara HEMA).
När monomeren väl var låst började forskarna hitta den optimala fotoinitiatorkoncentrationen tillsammans med ett lämpligt jäsmedel att para ihop HEMA med. Två fotoinitiatorarter testades med avseende på deras härdningsförmåga under vanliga 405 nm UV-lampor som vanligtvis finns i de flesta SLA-system. Fotoinitiatorerna kombinerades i ett förhållande på 1:1 och blandades in med 5 viktprocent för bästa resultat. Jäsmedlet – som skulle användas för att underlätta expansionen av HEMA:s cellstruktur, vilket resulterade i "skumbildning" – var lite knepigare att hitta. Många av de testade medlen var olösliga eller svåra att stabilisera, men teamet valde slutligen ett icke-traditionellt jäsmedel som vanligtvis används med polystyrenliknande polymerer.
Den komplexa blandningen av ingredienser användes för att formulera det slutliga fotopolymerhartset och teamet började arbeta med att 3D-utskriva några inte så komplexa CAD-designer. Modellerna 3D-utskrivades på en Anycubic Photon i 1x skala och värmdes upp till 200 °C i upp till tio minuter. Värmen sönderdelade blåsmedlet, vilket aktiverade hartsets skumbildning och expanderade modellernas storlek. Vid jämförelse av dimensioner före och efter expansion beräknade forskarna volymetriska expansioner på upp till 4000 % (40x), vilket pressade de 3D-utskrivna modellerna bortom de dimensionella begränsningarna för Photons byggplatta. Forskarna tror att denna teknik skulle kunna användas för lättviktsapplikationer som profiler eller flytvästar på grund av den extremt låga densiteten hos det expanderade materialet.
Publiceringstid: 30 sep-2024
