Если объект, состоящий из двух типов материалов, собирается выйти из строя, разрыв обычно происходит на границе, где они встречаются. Новый тип активируемой светом смолы для 3D-печати решает эту проблему, постепенно переходя из твердого состояния в мягкое в пределах одного объекта.
Разработанная доцентом Заком Пейджем и коллегами из Техасского университета в Остине жидкая смола была вдохновлена природными материалами, такими как жесткая кость, которая плавно соединяется с гибким хрящом.
В состав вещества входит эпоксидно-акрилатный мономер в сочетании с фотосенсибилизирующим соединением. Он используется в типе 3D-печати, известном как цифровая обработка света (DLP), в которой сфокусированные световые узоры просвечиваются через прозрачные стенки ванны со светочувствительной смолой — это заставляет выбранные области смолы внутри полимеризоваться в слои твердого материала.
Когда область новой смолы подвергается воздействию фиолетового света, смола в этой области превращается в твердый, но эластичный резиноподобный материал. С другой стороны, где бы смола ни подвергалась воздействию ультрафиолетового света, фотосенсибилизатор в этой области заставляет ее приобретать твердую, жесткую консистенцию.
И что немаловажно, плавно смешивая границу между двумя типами света, можно также постепенно переходить от мягкой резины к твердому полимеру в рамках одного задания на печать.
«Природа делает это органическим образом, соединяя твердые и мягкие материалы без сбоев на границе», — говорит Пейдж. «Мы хотели это повторить».
На сегодняшний день данная технология была продемонстрирована в изделиях, изготовленных с помощью 3D-печати, таких как амортизатор, состоящий из жестких пружин, встроенных в мягкий цилиндр; растягивающееся электронное устройство с жесткой секцией для предотвращения разрыва встроенной золотой проволоки; и модель коленного сустава, включающая как жесткие кости, так и растягивающиеся связки.
Возможные будущие применения могут включать модели для обучения хирургии, носимые датчики или, возможно, даже мягкотелых роботов.
Модель коленного сустава, изготовленная из одной двойной смолы, напечатанной на 3D-принтере
Следует отметить, что ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв ранее разработали несколько похожий материал, вдохновленный клювами кальмаров , который можно сделать тверже или мягче, изменяя количество света, которому он подвергается.
А совсем недавно исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса создали смолу, которая может образовывать постоянное или растворимое твердое вещество в зависимости от того, подвергается ли она воздействию ультрафиолетового или видимого света.
Недавно в журнале Nature Materials была опубликована статья о смоле Техасского университета в Остине.
