3Dプリント用発泡樹脂

研究の第 1 段階は、ポリマー樹脂の構成要素として機能するモノマーの選択に焦点を当てました。モノマーは UV 硬化可能で、硬化時間が比較的短く、高応力用途に適した望ましい機械的特性を示す必要がありました。チームは 3 つの潜在的な候補をテストした後、最終的に 2-ヒドロキシエチル メタクリレート (単に HEMA と呼ぶことにします) に落ち着きました。

モノマーが固定されると、研究者らは、HEMA と組み合わせる適切な発泡剤とともに、最適な光開始剤濃度を見つけることに着手しました。 2 つの光開始剤種について、ほとんどの SLA システムで一般的に見られる標準的な 405nm UV 光下で硬化するかどうかをテストしました。最適な結果を得るために、光開始剤を 1:1 の比率で組み合わせ、5 重量% で混合しました。 HEMA の細胞構造の膨張を促進して「発泡」させるために使用される発泡剤を見つけるのは少し困難でした。テストされた発泡剤の多くは不溶性または安定化が困難でしたが、研究チームは最終的にポリスチレン系ポリマーで一般的に使用される非伝統的な発泡剤に落ち着きました。

成分の複雑な混合物を使用して最終的なフォトポリマー樹脂を配合し、チームはいくつかのそれほど複雑ではない CAD デザインの 3D プリントに取り組みました。モデルは Anycubic Photon 上に 1x スケールで 3D プリントされ、200°C で最大 10 分間加熱されました。熱により発泡剤が分解し、樹脂の発泡作用が活性化し、模型のサイズが拡大します。研究者らは、拡張前と拡張後の寸法を比較した結果、最大 4000% (40 倍) の体積拡張を計算し、3D プリント モデルが Photon のビルド プレートの寸法制限を超えました。研究者らは、この技術は膨張材料の密度が極めて低いため、翼や浮力補助材などの軽量用途に使用できると考えている。