3Dプリント用膨張性樹脂

研究の第一段階では、ポリマー樹脂の構成要素となるモノマーの選定に重点が置かれました。モノマーは紫外線硬化性があり、比較的短い硬化時間で、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。研究チームは3つの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（ここではHEMAと呼びます）に決定しました。

モノマーが固定されると、研究者たちはHEMAと組み合わせるのに適した発泡剤とともに、最適な光開始剤濃度を見つける作業に取り掛かった。2種類の光開始剤について、ほとんどのSLAシステムで一般的に使用されている標準的な405nmのUV光の下で硬化する性質をテストした。最適な結果を得るために、光開始剤を1:1の比率で混合し、重量比で5%の割合で混ぜ込んだ。HEMAのセル構造の膨張を促進し、「発泡」を引き起こす発泡剤を見つけるのは、少し難航した。テストした発泡剤の多くは不溶性であったり、安定化が困難であったりしたが、最終的に研究チームは、ポリスチレンのようなポリマーで一般的に使用される非従来型の発泡剤に決定した。

複雑な成分の混合物を用いて最終的な光硬化性樹脂を調合し、研究チームはそれほど複雑ではないCAD設計の3Dプリントに取り掛かった。モデルはAnycubic Photonで1倍スケールで3Dプリントされ、200℃で最大10分間加熱された。熱によって発泡剤が分解され、樹脂の発泡作用が活性化してモデルのサイズが膨張した。膨張前後の寸法を比較した結果、研究者らは体積膨張率が最大4000%（40倍）に達し、3DプリントされたモデルがPhotonのビルドプレートの寸法制限を超えたと算出した。研究者らは、この技術は膨張した材料の密度が非常に低いため、翼型や浮力補助具などの軽量用途に利用できると考えている。