Die erste Phase der Studie konzentrierte sich auf die Auswahl eines Monomers, das als Baustein für das Polymerharz dienen sollte. Das Monomer musste UV-härtbar sein, eine relativ kurze Härtungszeit haben und wünschenswerte mechanische Eigenschaften aufweisen, die für Anwendungen mit höherer Belastung geeignet sind. Nachdem das Team drei potenzielle Kandidaten getestet hatte, entschied es sich schließlich für 2-Hydroxyethylmethacrylat (wir nennen es einfach HEMA).
Sobald das Monomer fixiert war, machten sich die Forscher daran, die optimale Photoinitiatorkonzentration zusammen mit einem geeigneten Treibmittel zu finden, an das sich das HEMA koppelt. Zwei Photoinitiatorarten wurden auf ihre Bereitschaft zur Aushärtung unter standardmäßigem 405-nm-UV-Licht getestet, das üblicherweise in den meisten SLA-Systemen zu finden ist. Für ein optimales Ergebnis wurden die Photoinitiatoren im Verhältnis 1:1 kombiniert und mit 5 Gew.-% beigemischt. Das Treibmittel – das verwendet werden sollte, um die Ausdehnung der Zellstruktur des HEMA zu erleichtern und so zum „Schaumen“ zu führen – war etwas schwieriger zu finden. Viele der getesteten Mittel waren unlöslich oder schwer zu stabilisieren, aber das Team entschied sich schließlich für ein nicht-traditionelles Treibmittel, das typischerweise bei polystyrolähnlichen Polymeren verwendet wird.
Die komplexe Mischung von Inhaltsstoffen wurde verwendet, um das endgültige Photopolymerharz zu formulieren, und das Team machte sich an die Arbeit, einige nicht ganz so komplexe CAD-Designs in 3D zu drucken. Die Modelle wurden auf einem Anycubic Photon im 1-fachen Maßstab 3D-gedruckt und bis zu zehn Minuten lang auf 200 °C erhitzt. Die Hitze zersetzte das Treibmittel, aktivierte die Schaumwirkung des Harzes und vergrößerte die Größe der Modelle. Durch den Vergleich der Abmessungen vor und nach der Expansion berechneten die Forscher Volumenausdehnungen von bis zu 4000 % (40x), wodurch die 3D-gedruckten Modelle die Dimensionsbeschränkungen der Bauplatte des Photon überwinden. Die Forscher glauben, dass diese Technologie aufgrund der extrem geringen Dichte des expandierten Materials für Leichtbauanwendungen wie Tragflächen oder Schwimmhilfen eingesetzt werden könnte.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. September 2024
