Новый материал для 3D-печати, который увеличивается в 40 раз

Если вы хотите создать большую структуру, вам нужно сначала сделать много деталей, которые можно изготовить 3D-принтером, переместить их, объединить и сварить. Но это может скоро измениться.
Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Сан-Диего разрабатывает смолу, объем которой в 40 раз превышает ее первоначальный объем, напечатанный на 3D-принтере. Не только 3D-принтеры, но и все станки, не могут обрабатывать больше, чем размер станка. Если вы хотите сделать большой объект, вам нужно где-то разделить его на части, а затем каким-то образом соединить. Дэвид Вирт, Джонатан Покорски и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего хотели разработать расширяющуюся смолу, которую можно было бы использовать для печати больших объектов на недорогом, коммерчески доступном 3D-принтере. Команда разработчиков заявила: «Мы разработали вспенивающую фотополимерную смолу для производства, которую можно расширять после печати, чтобы получить детали, в 40 раз превышающие их первоначальный объем. Это позволяет изготавливать конструкции, значительно превышающие объем сборки 3D-принтера, который их изготовил».

Группа San Diego выбрала 2-гидроксиэтилметакрилат в качестве основного материала для полимерного материала, используемого в 3D-принтерах. Он содержит кросс-линкеры, они помогают материалу держаться во время расширения. На следующем этапе им пришлось придумать оптимальную концентрацию фотоинициатора, а также выбрать подходящий вспенивающий агент для соединения 2-гидроксиэтилметакрилата. Команда использовала нетрадиционный вспенивающий агент, который обычно используется вместе с полистиролоподобными полимерами. Расширение происходит благодаря пузырькам углекислого газа из ди-трет-бутилдикарбоната, они образуются по всему объёму изделия. Ди-трет-бутилдикарбонат должен хорошо раствориться в жидком полимере, чтобы равномерно распределиться в будущем изделии.

В ходе испытания, использовался 3D-принтер Anycubic Photon. Разработанная модель, была напечатана и нагревалась при 200°C в течение примерно 10 минут. Сообщалось, что объем увеличился до 4000% по сравнению с только что 3D-напечатанным предметом. Сначала ученые использовали формулу для 3D-печати полой, решетчатой сферы. Нагревание сферы в печи приводило к тому, что летучий компонент смолы пузырился в виде газа. Это создало пористый, полистирольный пенообразный материал, объем которого был в 40 раз больше, чем у оригинального печатного объекта. Потом был винтовой ветрогенератор, напечатанный на 3D-принтере, а затем расширенный до предполагаемого размера. Затем корпус лодки также был напечатан в том же масштабе, прежде чем расширяться. 

В статье, опубликованной в ACS Applied Materials & Interfaces, команда описывает, как они разработали смолу, параметры печати и некоторые механические свойства 3D-печатных пен.
Исследователи считают, что этот материал полезен в таких областях, как строительство и архитектура, аэрокосмическая промышленность, энергетика и биомедицина. В частности, поскольку он плавает на воде, его можно применять для устройств левитации и спасательных средств.