De eerste fase van het onderzoek was gericht op het selecteren van een monomeer dat als bouwsteen voor de polymeerhars zou dienen. Het monomeer moest UV-hardend zijn, een relatief korte uithardingstijd hebben en de gewenste mechanische eigenschappen bezitten die geschikt zijn voor toepassingen met hogere belastingen. Na het testen van drie potentiële kandidaten koos het team uiteindelijk voor 2-hydroxyethylmethacrylaat (we zullen het kortweg HEMA noemen).
Nadat het monomeer was vastgelegd, gingen de onderzoekers op zoek naar de optimale concentratie van de foto-initiator en een geschikt blaasmiddel om de HEMA mee te combineren. Twee soorten foto-initiatoren werden getest op hun vermogen om uit te harden onder standaard 405 nm UV-licht, dat veelvuldig wordt gebruikt in de meeste SLA-systemen. De foto-initiatoren werden in een verhouding van 1:1 gemengd tot 5 gewichtsprocent voor het beste resultaat. Het blaasmiddel – dat de uitzetting van de celstructuur van de HEMA zou bevorderen en zo schuimvorming zou veroorzaken – bleek lastiger te vinden. Veel van de geteste middelen waren onoplosbaar of moeilijk te stabiliseren, maar het team koos uiteindelijk voor een niet-traditioneel blaasmiddel dat doorgaans wordt gebruikt met polystyreenachtige polymeren.
De complexe mix van ingrediënten werd gebruikt om de uiteindelijke fotopolymeerhars te formuleren, waarna het team aan de slag ging met het 3D-printen van een aantal niet al te complexe CAD-ontwerpen. De modellen werden 3D-geprint op een Anycubic Photon op schaal 1x en vervolgens tot tien minuten lang verwarmd tot 200 °C. Door de hitte ontleedde het blaasmiddel, waardoor de hars ging schuimen en de modellen in omvang toenamen. Na vergelijking van de afmetingen vóór en na de uitzetting berekenden de onderzoekers volumetoenames tot wel 4000% (40x), waardoor de 3D-geprinte modellen de dimensionale beperkingen van het printbed van de Photon overstegen. De onderzoekers zijn van mening dat deze technologie, vanwege de extreem lage dichtheid van het uitgezette materiaal, gebruikt zou kunnen worden voor lichtgewicht toepassingen zoals vleugelprofielen of drijfhulpmiddelen.
Geplaatst op: 30 september 2024
