Die erste Phase der Studie konzentrierte sich auf die Auswahl eines Monomers als Baustein für das Polymerharz. Das Monomer musste UV-härtbar sein, eine relativ kurze Aushärtungszeit aufweisen und für Anwendungen mit höherer Beanspruchung geeignete mechanische Eigenschaften besitzen. Nach der Prüfung von drei potenziellen Kandidaten entschied sich das Team schließlich für 2-Hydroxyethylmethacrylat (im Folgenden HEMA).
Nachdem das Monomer fixiert war, suchten die Forscher nach der optimalen Photoinitiator-Konzentration und einem geeigneten Treibmittel für das HEMA. Zwei Photoinitiatoren wurden hinsichtlich ihrer Aushärtungsfähigkeit unter Standard-UV-Licht (405 nm), wie es in den meisten SLA-Systemen üblich ist, getestet. Die Photoinitiatoren wurden im Verhältnis 1:1 gemischt und mit 5 Gew.-% beigemischt, um das beste Ergebnis zu erzielen. Die Suche nach dem Treibmittel – das die Expansion der Zellstruktur des HEMA und damit die Schaumbildung bewirken sollte – gestaltete sich etwas schwieriger. Viele der getesteten Mittel waren unlöslich oder schwer zu stabilisieren. Schließlich entschied sich das Team für ein unkonventionelles Treibmittel, das typischerweise für Polystyrol-ähnliche Polymere verwendet wird.
Die komplexe Mischung der Inhaltsstoffe diente zur Herstellung des finalen Photopolymerharzes. Anschließend fertigte das Team einige weniger komplexe CAD-Modelle im 3D-Druckverfahren an. Die Modelle wurden im Maßstab 1:1 auf einem Anycubic Photon gedruckt und bis zu zehn Minuten lang auf 200 °C erhitzt. Durch die Hitze zersetzte sich das Treibmittel, wodurch die Schäumwirkung des Harzes aktiviert und die Modelle vergrößert wurden. Beim Vergleich der Abmessungen vor und nach der Expansion berechneten die Forscher Volumenausdehnungen von bis zu 4000 % (40-fach). Dadurch überschritten die 3D-gedruckten Modelle die Größenbeschränkungen der Bauplattform des Photon. Aufgrund der extrem geringen Dichte des expandierten Materials gehen die Forscher davon aus, dass diese Technologie für Leichtbauanwendungen wie Tragflächen oder Auftriebshilfen eingesetzt werden kann.
Veröffentlichungsdatum: 30. September 2024
