Китайський університет розробляє смолу для 3D-друку

Дослідницька група з китайського університету розробила нескінченно перероблювану 3D-друкарську смолу на основі термооборотної фотореакції. Під керівництвом аспіранта Ян Бо та професорів Сіе Тао та Чжен Ніна з Коледжу хімічної та біологічної інженерії. Ця інновація підтримує постійні зусилля щодо розвитку циркулярної економіки в рамках адитивного виробництва, забезпечуючи повне відновлення матеріалів без шкоди для продуктивності.

Команда дослідників описує, як прорив несподівано стався під час рутинних експериментів з фототвердим 3D-друком, в яких вирішувалися питання швидкості виробництва, міцності матеріалу та вартості смоли. Працюючи з тіоловим реагентом, Ян Бо спостерігав результати, які суперечили їхній початковій гіпотезі. «Реакція поводилася протилежно тому, що ми передбачали», – згадує він. Подальший аналіз показав, що між тіолами та альдегідами відбулася світлоактивована реакція клацання – процес, який раніше вважався таким, що вимагає тепла.

«Це був перший випадок, коли хтось показав, що ця реакція може швидко відбуватися під дією світла», — каже Чжен Нін. Він наголосив, що це відкриття заклало основу для нового класу перероблюваних, високопродуктивних смол для 3D-друку.

Традиційний 3D-фотодрук залежить від фотополімеризації мономерів метакрилату та зшиваючих агентів, які утворюють стабільні вуглець-вуглецеві зв'язки, які практично неможливо відновити для переробки. Натомість команда Сіе Tao розробила систему, яка утворює дитіоацетальні зв'язки – молекулярні «кліпси», які можна зібрати під дією світла та розібрати за допомогою легкого нагрівання, що дозволяє матеріалу повернутися до своїх основних компонентів.

«Це як розбирати Lego», – пояснює Сіе Тао. «Надрукований об’єкт можна відновити на молекулярному рівні та передруковувати знову і знову».

Модульна конструкція смоляної системи є однією з її найперспективніших особливостей. Завдяки точному налаштуванню полімерної основи, дослідники успішно створили низку матеріалів, включаючи еластомери, кристалічні полімери та жорсткі пластики, без шкоди для переробки. Потенційні застосування включають лиття за втраченими моделями пінопласту для металевих деталей та ортодонтичних елайнерів.

«Наше дослідження успішно подолало давній компроміс між механічними характеристиками та придатністю до переробки в замкненому циклі фототвердих матеріалів для 3D-друку на молекулярному рівні», – сказав Сіе Тао. «Створюючи світлочутливу динамічну систему дитіоацетальної хімії, ми пропонуємо нову стратегію молекулярного дизайну, що забезпечує значущі знання для розвитку технологій сталого виробництва».