Как сделать полимеры для стереолитографии биодружелюбными: Аutodesk знает ответ

Команда Autodesk и студенты Калифорнийского университета в Беркли представили на суд общественности результаты исследования, в котором описываются три ключевых метода улучшения безопасности и экологичности материалов для стереолитографии. Испытания вывели их на несколько материалов, полученных натуральным способом, которые могут стать достойной заменой токсичным элементам, входящим в состав современных коммерческих полимеров.

«Продукция, производимая методом 3D-печати, должна быть безопасна для человека и окружающей среды на протяжении всего срока эксплуатации: во время изготовления, использования и переработки. К сожалению, для многих полимеров, существующих на сегодняшний день, характерна опасность химического воздействия, – объясняют Майкл Флойд и Сьюзан Глэдвин из Autodesk. – Разработка «биодружелюбных» материалов для 3D-печати, одновременно безопасных и экологичных, приведет к открытию новых рынков и новых возможностей для развития технологий».

Отчет начинается с оценки опасности полимеров, используемых на стереолитографическом 3D-принтере Autodesk Ember, а также других полимеров, доступных на рынке. В ходе исследования выяснилось, что даже процесс отверждения смолы под воздействием ультрафиолета сопровождается выделением вредных веществ. Эти вещества повышают восприимчивость организма и сопровождаются разными реакциями, в том числе астмой и кожной сыпью.В поисках альтернативной нетоксичной формулы (или формул) исследователи обратились к теории биомимикрии, которая заимствует идеи из мира природы и находит им применение в технологиях. Ее суть в том, что в природе уже существуют самые эффективные и безопасные материалы и способы их применения, так зачем же заменять их токсичными «решениями», придуманными человеком и ограниченными в возможностях?Команда работала со смолой PR48, также известной как Autodesk Standard Clear Prototype Resin. Выяснилось, что особую опасность для человеческого здоровья и окружающей среды представляют ее фотоинициатор и мономер на основе акрилатов. В итоге они выявили три основных способа улучшения PR48 и других полимеров со схожим составом:

• Замена фотоинициатора
• Видоизменение акрилатов
• Создание совершенно нового полимера
  
  

Например, сочетание таких натуральных пищевых добавок, как куркумин и витамин B2, вполне может выступить в роли системы фотоинициации, заменив опасный термопластичный олефин, который сегодня используется в PR48.

Что касается акрилатов, которые составляют почти 99% общего объема PR48, их можно видоизменить, повысив молекулярный вес и тем самым сократив их способность впитываться в кожу. Для этого исследователи использовали спиртосодержащие триглицериды (жиры), полученные из касторового масла, и хитозан, полученный из панциря креветок.Выполнение третьего пункта требует тотального обновления полимера, т.е. разработки совершенно новой формулы без акрилатов, построенной на биологических системах.

На создание двух новых формул исследователей вдохновили устрицы и мидии. «Эти виды способны прилипать к скалам и выдерживать чудовищный напор морского течения. Они умеют изменять Ph состав воды и вырабатывать специальный клеевой состав, который превращается в нити, известные как «биссус». С их помощью они прикрепляются к твердым поверхностям. Этот состав может послужить точкой отсчета для изготовления совершенно нового полимера для стереолитографии», – уверены исследователи.

Создав светочувствительную смолу, имитирующую свойства протеинов, выделяемых мидиями, исследователи могли бы открыть новую страницу в истории стереолитографии.

С полным текстом исследования можно ознакомиться на сайте Autodesk Spark или в финальном отчете Autodesk Green Resin Project.