Китайский университет разрабатывает смолу для 3D-печати

Группа исследователей из Чжэцзянского университета разработала бесконечно перерабатываемую смолу для 3D-печати, основанную на термообратимой фотореакции. Под руководством аспиранта Яна Бо и профессоров Сье Тао и Чжэн Нина из Колледжа химической и биологической инженерии, эта инновация поддерживает текущие усилия по развитию циклической экономики в аддитивном производстве, обеспечивая полную переработку материалов без ущерба для производительности.

Команда описывает, как этот прорыв неожиданно произошёл в ходе рутинных экспериментов по фотоотверждаемой 3D-печати, в ходе которых решались вопросы скорости производства, прочности материала и стоимости смолы. Работая с тиоловым реагентом, Ян Бо наблюдал результаты, противоречащие их первоначальной гипотезе. «Реакция протекала противоположно нашим прогнозам», — вспоминает он. Дальнейший анализ показал, что между тиолами и альдегидами произошла реакция с замыканием, активируемая светом, — процесс, который ранее считался требующим нагревания.

«Это был первый случай, когда было показано, что эта реакция может быстро протекать под действием света», — говорит Чжэн Нин. Он подчеркнул, что это открытие заложило основу для нового класса перерабатываемых, высокопроизводительных смол для 3D-печати.

Традиционная 3D-фотопечать основана на фотополимеризации (мет)акрилатных мономеров и сшивающих агентов, которые образуют стабильные углерод-углеродные связи, практически не поддающиеся восстановлению для переработки. В отличие от этого, команда Сье Тао разработала систему, которая формирует дитиоацетальные связи — молекулярные «скрепки», которые можно собирать под воздействием света и разбирать при слабом нагревании, что позволяет материалу вернуться к своим исходным компонентам.

«Это как разбирать конструктор Lego», — объясняет Сье Тао. «Напечатанный объект можно восстановить на молекулярном уровне и перепечатывать снова и снова».

Модульная конструкция системы на основе смолы — одно из её самых многообещающих свойств. Тонко настраивая полимерную основу, исследователи успешно создали ряд материалов, включая эластомеры, кристаллические полимеры и жёсткие пластики, не жертвуя при этом их пригодностью к переработке. Возможные области применения включают литьё по выплавляемым моделям металлических деталей и ортодонтических элайнеров.

«Наши исследования успешно преодолели давний компромисс между механическими характеристиками и возможностью переработки в замкнутом цикле фотоотверждаемых материалов для 3D-печати на молекулярном уровне», — сказал Сье Тао. «Разработав светочувствительную динамическую систему дитиоацетальной химии, мы предлагаем новую стратегию молекулярного дизайна, предоставляющую ценные идеи для развития технологий устойчивого производства».