Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa keskityttiin valitsemaan monomeeri, joka toimisi polymeerihartsin rakennuspalikkana. Monomeerin piti olla UV-kovettuva, sen kovettumisajan piti olla suhteellisen lyhyt ja sen piti olla haluttujen mekaanisten ominaisuuksien mukainen korkeamman rasituksen sovelluksissa. Kolmen potentiaalisen ehdokkaan testaamisen jälkeen tiimi päätyi lopulta 2-hydroksietyylimetakrylaattiin (kutsumme sitä vain HEMA:ksi).
Kun monomeeri oli lukittu, tutkijat alkoivat etsiä optimaalista fotoinitiaattoripitoisuutta sekä sopivaa vaahdotusainetta HEMA:n yhdistämiseksi. Kahden fotoinitiaattorilajin kovettumiskykyä testattiin standardinmukaisissa 405 nm:n UV-valoissa, joita käytetään yleisesti useimmissa SLA-järjestelmissä. Fotoinitiaattorit yhdistettiin suhteessa 1:1 ja sekoitettiin 5 painoprosenttia optimaalisen tuloksen saavuttamiseksi. Vaahdotusaineen – jota käytettäisiin HEMA:n solurakenteen laajenemisen helpottamiseksi, mikä johtaisi "vaahtoamiseen" – löytäminen oli hieman hankalampaa. Monet testatuista aineista olivat liukenemattomia tai vaikeasti stabiloitavia, mutta tiimi päätyi lopulta epäperinteiseen vaahdotusaineeseen, jota tyypillisesti käytetään polystyreenin kaltaisten polymeerien kanssa.
Monimutkaista ainesosien seosta käytettiin lopullisen fotopolymeerihartsin formulointiin, ja tiimi ryhtyi työstämään muutaman vähemmän monimutkaisen CAD-mallin 3D-tulostusta. Mallit tulostettiin 3D-tulostuksella Anycubic Photonilla 1x-mittakaavassa ja niitä kuumennettiin 200 °C:ssa jopa kymmenen minuuttia. Lämpö hajotti vaahdotusaineen, mikä aktivoi hartsin vaahtoamistoiminnan ja laajensi mallien kokoa. Verrattuaan mittoja ennen laajennusta ja sen jälkeen tutkijat laskivat jopa 4000 %:n (40x) tilavuuslaajenemisen, mikä työnsi 3D-tulostetut mallit Photonin rakennuslevyn mittarajoitusten ulkopuolelle. Tutkijat uskovat, että tätä teknologiaa voitaisiin käyttää kevyissä sovelluksissa, kuten kantoprofiileissa tai kelluntavälineissä, koska laajentuneen materiaalin tiheys on erittäin alhainen.
Julkaisun aika: 30.9.2024
