Японские ученые создали многоразовый материал для фотополимерной 3D-печати

Специальный фотополимер отверждается ультрафиолетом, как и обычные смолы, но возвращается в вязкое состояние после нагревания. Ученые доказали возможность как минимум десятикратного повторного использования.

«Отвержденные фотополимерные модели не подлежат переработке, поэтому существуют опасения по поводу негативного воздействия 3D-печтного мусора на окружающую среду. Исследования в области многоразовых фотоотверждаемых смол продвигаются, но в обычных смолах образуются структуры из необратимо сшитых макромолекул. В результате ранее предложенные «перерабатываемые» смолы либо требуют химических добавок для повторного использования, либо быстро разлагаются после одного или нескольких циклов», — рассказал профессор инженерного факультета Йокогамского государственного университета Седзи Маруо.

Бабочка, полученная методом двухфотонной литографии

Ключевым компонентом нового, многоразового фотополимера служит антрацен — углеводород, получаемый из каменноугольной смолы и широко используемый в производстве светоустойчивых красителей. Антрацен обладает способностью к обратимой фотодимеризации: под воздействием ультрафиолетового излучения мономеры антрацена образуют пары — димеры, но при нагревании связи разрушаются, и димеры распадаются на составные мономеры.

Капля фотополимера на стеклянной пластине, установленной под углом 45°: в исходном жидком состоянии (a), в твердом состоянии после облучения ультрафиолетовым излучением с длиной волны 405 нм (b), в вязком состоянии после термической обработки (c), в твердом состоянии после повторного облучения ультрафиолетом (d)

Цикл повторяем: в ходе опытов ученые последовательно отверждали материал, смывали остатки жидкой смолы, затем возвращали материал в исходное состояние нагреванием в электрической печи до 150-180°С в течение пятнадцати-двадцати минут, а затем запускали процесс заново. Вязкость после термической обработки несколько выросла. Ученые полагают, что это связано с неполной термической диссоциацией димеров, хотя допускают и другие варианты, например термическое разложение полимерных цепочек, окисление или реакции обмена. Точную причину установить пока не удалось.

Демонстрация повторного использования: 3D-печатный куб (a), жидкая смола после термической обработки куба (b), 3D-печатный диск из той же смолы (с)

Также наблюдалось последовательное повышения модуля упругости и жесткости: модуль упругости после десяти циклов вырос примерно в два с половиной раза. Опыты проводились на двух самодельных лабораторных 3D-принтерах методами микростереолитографии и двухфотонной лазерной литографии. Поведение материала в процессе 3D-печати в целом описывается как аналогичное обычным фотополимерным смолам.

Последовательная 3D-печать букв в аббревиатуре названия вуза (YNU, Yokohama National University) одной и той же смолой

Дальнейшие работы будут направлены на масштабирование процесса вверх, улучшение результатов термической обработки и повышение долгосрочной стабильности материала. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Omega.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru