Naukowcy opracowali spienianą żywicę fotopolimerową, która po wydruku 3D znacząco zwiększa swoją objętość

Kategoria: Materiały do druku 3D 27 Kwi 2020

W każdej odmianie technologii druku 3D, tym co ogranicza nas najbardziej, jest zazwyczaj wielkość obszaru roboczego. Naukowcom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego udało się jednak przekroczyć tę barierę. Opracowana przez nich piankowa żywica fotopolimerowa jest w stanie po utwardzeniu w promieniach UV, znacząco zwiększyć swoją objętość, pod wpływem przyłożonego ciepła.

Niezależnie od tego, czy korzystamy z drukarki 3D, czy innych technologii produkcyjnych, nasze działania przy wytwarzaniu nowych elementów są mocno ograniczone przez obszar roboczy maszyny, na której pracujemy. Z tego właśnie powodu duże układy mechaniczne wykonujemy zazwyczaj z mniejszych elementów, które następnie są ze sobą łączone w procesie klejenia lub spawania. Naukowcy z San Diego postanowili częściowo przełamać te ograniczenia, opracowując nowy rodzaj żywicy fotopolimerowej.

Nowy materiał, nad którym nadal pracują inżynierowie jest zdolny do ekspansji indukowanej cieplnie, już po procesie utwardzania promieniami UV. Pozwoli to użytkownikom na wytwarzanie modeli znacznie większych niż pojemność obszaru roboczego posiadanej drukarki 3D.

Pierwszym krokiem badań był wybór odpowiedniego monomeru, który będzie budulcem żywicy polimerowej. Założenia, które miał spełniać to stosunkowo szybka utwardzalność w promieniach UV oraz odpowiednie właściwości mechaniczne, które pozwolą na zastosowanie wykonanych obiektów w warunkach podwyższonego obciążenia. Po przetestowaniu trzech potencjalnych kandydatów, zdecydowano się na metakrylan 2-hydroksyetylu, którego nazwa potoczna to HEMA.

W następnym etapie skupiono się na doborze odpowiedniego fotoinicjatora, który będzie reagował na światło o powszechnie stosowanej w druku 3D długości fali, wynoszącej 405 nm. Wybrano dwa fotoinicjatory, które zmieszano ze sobą w stosunku 1:1 i dodano do monomeru w ilości 5% wagowych całej mieszaniny.

Trzecim istotnym składnikiem nowej żywicy jest środek porotwórczy, który poprzez pienienie HEMA umożliwia jego ekspansję objętościową. Ten etap okazał się najtrudniejszy, ponieważ większość testowanych środków okazała się być nierozpuszczalna lub trudna do stabilizacji. Ostatecznie zdecydowano się na porofor, który zazwyczaj stosuje się z polimerami podobnymi do polistyrenu.

Po przygotowaniu odpowiedniej mieszaniny rozpoczęto prace testowe na niezbyt skomplikowanych modelach 3D. Wydrukowano je na drukarce 3D Anycubic Photon w skali 1:1, a następnie wydruki te poddano działaniu temperatury 200oC przez maksymalnie 10 minut. Dostarczone ciepło rozłożyło porofor, aktywując spieniające działanie żywicy i zwiększając objętość modeli. Pomierzone wymiary przed i po podgrzaniu wydruków 3D, pozwoliły na obliczenie ekspansji objętościowej sięgającej nawet 4000%, co znacząco wykracza poza możliwości obszaru roboczego Photona.

Naukowcy twierdzą, że tego typu wydruki mogą znaleźć zastosowanie w wielu aplikacjach, w których wymagana jest zwiększona wytrzymałość oraz niewielka waga elementów.

Źródło: www.3dprintingindustry.com

O autorze
Łukasz Długosz

Redaktor Naczelny 3D w praktyce. Absolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, fan gier komputerowych oraz właściciel sklepu filaments4U.com.

ARTYKUŁY POWIĄZANE

Ostatnie komentarze