Opakovane použiteľná živica pre 3D tlač vydrží až desať cyklov

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Materiál umožňuje zmenu skupenstva bez pridania chemikálií.

• Živicu možno recyklovať desaťkrát s minimálnou degradáciou.

• Technológia dosahuje vysoké rozlíšenie pre mikroskopické súčiastky.

Súčasné technológie aditívnej výroby, najmä stereolitografia, bežne využívajú fotosenzitívne tekuté živice, ktoré po vystavení svetelnému zdroju nezvratne polymerizujú do pevných tvarov. Tieto materiály umožňujú precíznu konštrukciu priestorových objektov s veľmi vysokým rozlíšením, no po vytvrdnutí strácajú schopnosť opätovného spracovania a použitia.

Zosieťované polyméry sa nedajú jednoducho roztaviť do pôvodného stavu, čo nevyhnutne vedie k plytvaniu a následnému hromadeniu nerecyklovateľného plastového odpadu z nevydarených výtlačkov. Medzinárodný výskumný tím však vyvinul fotovytvrdzujúcu živicu na báze antracénu, ktorá proces vytvrdzovania dokáže spoľahlivo zvrátiť.

Výsledný materiál naplno využíva chemický proces reverzibilnej fotodimerizácie, pri ktorom sa väzby pôsobením svetla formujú a po cielenom zahriatí následne rozpadajú. Táto premena medzi pevným a kvapalným skupenstvom prebieha celkom bez použitia dodatočných fotoiniciátorov alebo iných prídavných chemikálií, čo výrazne zjednodušuje jeho spracovanie.

Vyvinutý materiál v laboratóriu podstúpil rozsiahlu sériu testov zahŕňajúcich desať po sebe idúcich cyklov opakovanej recyklácie. Na konci tohto procesu dosahovala skúšobná vzorka v tvare kocky redukovaný modul pružnosti na úrovni 5,39 GPa a tvrdosť 562 MPa. Namerané hodnoty sa tesne blížili k teoretickému predpokladu, čo priamo potvrdzuje, že materiál degraduje iba bežným tepelným namáhaním celého objemu počas tavenia.

Nová živica sa preukázala ako plne kompatibilná s bežnou jednofotónovou aj pokročilou dvojfotónovou litografiou. Tieto dve metódy sa v priemysle používajú na výrobu malých presných komponentov, akými sú napríklad optické mikrošošovky alebo zložité bunkové štruktúry s rozlíšením až do 100 nm.

Obojsmerný fázový prechod nového materiálu v praxi otvára u cestu k dlhodobo udržateľnej výrobe funkčných a presných mikroskopických dielov. Súbežnou súčasťou výskumu v oblasti aditívnej výroby je aj paralelný vývoj pomocných podporných štruktúr z tiol-énových fotopolymérov.

Tieto podporné štruktúry po novom využívajú komplexnú poréznu gyroidnú architektúru s mimoriadne veľkým pomerom plochy k celkovému objemu. Vďaka tomuto usporiadaniu sa vo vode rozpúšťajú až päťdesiatkrát rýchlejšie ako porovnateľné plné materiály, čo veľmi výrazne skracuje čas nevyhnutný na konečné spracovanie výtlačkov.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Opakovane použiteľná živica eliminuje odpad z aditívnej výroby a znižuje náklady na materiál.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT