Ученые заинтересовались 3d печатью с использованием соевой смолы

  • 171
    Shares

Подавляющее большинство пластмасс для 3d печати изготавливается из ископаемого топлива. Это означает, что производство этих пластмасс оказывает влияние на изменение климата и сокращение нашего жизненного пространства. Кроме того, в какой-то момент в будущем возможна нехватка новых пластмасс. К счастью, специалисты по всему миру работают над тем, чтобы расширить набор материалов для 3d печати, получаемых на основе возобновляемых источников.

микропечать
Микроскопические объекты, напечатанные на 3d принтерах с использованием соевой смолы и смеси соевойсмолы и материала на основе лигнина. Достигнуто разрешение в 1 микрон. Смесь AESO/VDM «содержит максимально возможное количество VDM для растворения AESO при температуре 40о С, без добавления растворителей» (изображение из журнала polymers)

Не так давно, группа специалистов из Каунасского Университета Технологии и Вильнюсского Университета в Латвии продемонстрировала процесс создания фотополимерной смолы, полученной из смеси соевого масла и материала на основе лигнина. В статье, опубликованной в журнале polymers, авторы описывают тестирование этих материалов для определения их пригодности с целью замены фотополимеров на основе нефти.

Авторы объясняют свои мотивы поиска подобных альтернатив, заявляя, «в связи с сокращением запасов нефти, поиск альтернативных материалов на основе возобновляемых источников становится необходимостью». Они обратились к растительным маслам из-за «их изобилия двойных связей, которые могут быть полимеризированы или преобразованы в другие функциональные группы. Такие масла также являются биоразрушаемыми, и их получают из возобновляемых источников».

Основным кандидатом для группы стал эпоксидированный акрилат соевого масла (AESO). Это соевая смола, восстанавливаемая под действием ультрафиолетового света или пучка электронов. Материал AESO уже применяется в промышленности вместе с другими химическими соединениями, например со стиролом, к которому он добавляется для улучшения механических и термических свойств. Ученые отмечают, что «эти дополнительные материалы получаются из нефти, и наносят вред здоровью». По этой причине они изучали смеси AESO с ванилиндиметакрилатом (VDM) или с ванилиндиакрилатом (VDA), получаемыми из лигнина, «одного из самых распространенных полимеров естественного происхождения» на Земле.

Ключевым моментом экспериментов было отсутствие добавляемых полимеров или растворителей, которые часто присутствуют в традиционных полимерах. Это увеличивает применимость нового материала в таких областях, как биомедицина, микрооптика и нанофотоника.

Авторы пишут, что «отказ от токсичных фотоинициаторов увеличивает целостность и снижает автофлуорецентность биоразрушаемых клеточных платформ, выращиваемых как в искусственных, так и в естественных условиях. Поглощающие материалы нежелательны для применения в микрооптике и нанофотонике из-за их слабой оптической эластичности и потерь индуцированных сигналов. Более того, использование материалов растительного происхождения в таких технологиях обладает значительными преимуществами в связи с их низкой токсичностью, высокой степенью био разрушаемости и улучшенными возможностями по переработке. Наконец, это ослабит зависимость от ограниченных, и становящихся все дороже ископаемых ресурсов, а также снизит выбросы парниковых газов, что является целью стратегии ‘Европа 2020’, предложенной Европейской Комиссией».

После получения смолы для 3d печати из комбинации этих материалов, группа использовала 3d литографию с технологией непосредственной лазерной печати (DLW) для получения микроскопических объектов. Технология DLW используется для 3d печати в наномасштабе, и применяется в медицинских и оптических исследованиях. Группа осуществила 3d печать соединительных объектов, используя сверхкороткие лазерные импульсы.

Материал AESO без добавления VDM или VDA демонстрирует более высокие показатели перекрестного сшивания, чем при добавлении одного из этих материалов. От использования VDA отказались на ранних этапах экспериментов из-за слишком большого времени загустевания. А VDM снижает температуру стеклования, температуру термического разложения и коэффициенты компрессии отпечатанных объектов. Авторы работы, в конечном счете, пришли к выводу, что в качестве пластификатора для AESO вполне можно использовать именно VDM.

В заключение авторы работы говорят, «Были достигнуты пространственные характеристики в 1 микрон и скорость печати в 6900 вокселей в секунду. Поскольку трехмерное перекрестное сшивание материалов растительного происхождения было инициировано путем использования сверхбыстрого лазера, индуцирующего мультифотонное поглощение и лавинообразную ионизацию, то нет необходимости в использовании любых фотоинициаторов. Это открывает новые пути «зеленой» 3d печати в микронном масштабе, как гибкого инструмента для быстрого получения прототипов или современного аддитивного производства».


  • 171
    Shares

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *