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加利福尼亚大学开发具有高膨胀性能的 SLA 3D 泡沫树脂材料

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简介加利福尼亚大学圣地亚哥分校纳米工程系的研究人员已经开发出可膨胀的泡沫树脂,用于SLA(立体光刻)3D打印机。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアリング学科の

加利福尼亚大学圣地亚哥分校纳米工程系的研究人员已经开发出可膨胀的泡沫树脂,用于SLA(立体光刻)3D打印机。

カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアリング学科の研究チームは、SLA(光造形)方式3Dプリンタで使用するための膨張性発泡樹脂を開発した。

该树脂具有在UV固化后施加热量时会膨胀的特性,从而可以制造大大超过用于制造的3D打印机的制造体积的零件。

この樹脂は、UV硬化後に熱を加えることで膨張する特性を有しており、製造に使用する3Dプリンタのビルドボリュームを大幅に上回る部品を製造することができる。

尽管普通树脂材料受到机器工作空间或建筑面积的限制,但研究团队已经确定了在技术要求严格的领域(例如建筑,航空航天,能源和生物医学)中的潜在应用。在开发树脂材料时,目标是克服这些几何限制。

通常の樹脂材料は、マシンのワークスペースまたはビルドエリアによって制限されているが、研究チームは、建築、航空宇宙、エネルギー、生物医学など、技術的に要求の厳しい分野での応用の可能性を挙げながら、これらの幾何学的制限の制約を打破することを目標に樹脂材料を開発。

研究的第一阶段集中在选择用作聚合物树脂基础材料的单体上。由于单体必须是可紫外线固化的,具有相对较短的固化时间,并且具有适合高应力应用的机械性能,因此该团队测试了多种候选材料,然后使用了甲基丙烯酸2-羟乙酯(以下简称“ HEMA)。

研究の第一段階では、ポリマー樹脂のビルディングブロックとして機能するモノマーの選択に焦点を当てている。モノマーは紫外線硬化性で、比較的短い硬化時間で、高ストレス用途に適した機械的特性を示すものでなければならないため、チームは複数の候補素材をテストした後、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(以下 HEMA)を選択した。

选择单体后,研究团队着手寻找合适的光聚合引发剂浓度和合适的发泡剂与HEMA配对。经过测试,可使用两种光引发剂在大多数SLA系统中常用的标准紫外线(405n)进行固化。光引发剂以1:1的比例混合,并以5%的重量比混合以获得最佳效果,该发泡剂促进HEMA孔结构的膨胀并产生“泡沫”。用于让测试中使用的许多发泡剂是不溶的或难以稳定的,但研究小组最终选择了用于聚苯乙烯样聚合物的发泡剂。

モノマーの選択後、研究チームは、最適な光重合開始剤濃度とHEMAと対になる適切な発泡剤探しに着手。2種類の光重合開始剤を用いて、ほとんどのSLAシステムで一般的に使用されている標準的なUVライト(405n)で硬化するかをテスト。光重合開始剤は1:1の割合で配合され、最適な結果が得られるように5%の重量比で混合されたこの発泡剤は、HEMAの細胞構造の拡張を促進し「泡」を発生させるために使用される。テストで使用した発泡剤の多くは不溶性であったり、安定化が困難であったりしたが、チームは最終的にポリスチレンライクポリマーに使用される発泡剤に落ち着いた。

该团队使用便宜的3D打印机“ Anycubic Photon”创建了一个简单的3D打印模型以测试可发泡性。将模制品在最高200℃下加热10分钟,然后使发泡剂分解并且激活树脂的发泡作用,并且尺寸增大。比较膨胀前后的尺寸,可实现最大体积膨胀率4000%(40倍)。

チームは発泡性をテストするため、安価な3Dプリンタ「はAnycubic Photon」を使用して簡易的な3Dプリントモデルを作製。造形物は、最大200℃で10分間を加熱された後、発泡剤が分解されて樹脂の発泡作用が活性化しサイズが拡大。膨張前と膨張後の寸法を比較したところ、最大で4000%(40倍)の体積膨張率を実現した。

由于膨胀的材料具有非常低的密度,因此认为该技术可用于轻型应用,例如机翼和浮力助剂。

この技術は、膨張した材料の密度が非常に低いため、エアロフォイルや浮力補助材などの軽量な用途に使用できると考えられている。