Японські вчені розробили інноваційний фотополімер для 3D-друку, який не лише забезпечує високу якість виготовлених виробів, але й має потенціал до повторного використання відходів. Ця технологія може суттєво змінити підхід до екологічних проблем, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища пластиком. Фотополімери традиційно використовуються у процесах адитивного виробництва, однак їхня одноразова природа призводить до значних обсягів відходів. Японські дослідники з університету Т
Фотополімери для 3D-друку зазвичай стають одноразовими після затвердіння під дією ультрафіолету, тож проблема відходів у цій галузі гостра. Японські науковці запропонували альтернативу, яка дозволяє буквально "розплавити" невдалу модель і перетворити її назад на придатну для друку смолу.
Дослідники з Yokohama National University представили експериментальний фотополімер для 3D-друку, який можна багаторазово використовувати без суттєвої втрати властивостей. Головна ідея розробки, описана в препринті роботи опублікованій наEurekalert, полягає у зворотній реакції затвердіння: матеріал не лише переходить із рідкого стану у твердий під дією світла, а й здатен повернутися назад після нагрівання.
Дивіться такожЯпонські вчені створили чип майбутнього – він у 1000 разів швидший і майже не гріється
Сьогодні більшість фотополімерних смол для стереолітографічного друку працюють за незворотним принципом. Після опромінення ультрафіолетом вони формують жорстку полімерну структуру, яку вже неможливо повернути до початкового стану. Через це будь-який брак, тестові прототипи чи підтримувальні елементифактично стають пластиковими відходами.
Японські вчені спробували вирішити цю проблему за допомогоюантраценових молекулярних структур. Якщо коротко, то на відміну від традиційних фотополімерів, новий матеріал не потребує фотоініціаторів – спеціальних речовин, які запускають процес твердішання (полімеризації). У цьому випадку сама структура смоли бере участь у реакції (фотохімічній у конкретному випадку).
Під дією лазера або ультрафіолетового випромінюванняматеріал формує тверду тривимірну сітку. Однак після нагрівання приблизно до 150 градусів Цельсія зв'язки між молекулами руйнуються, і полімер повертається у рідкий стан. Це дозволяє повторно використовувати ту саму смолу для нового друку іце критична перевага цієї розробки.
У межах експериментів команда друкувала різні структури невеликих розмірів, після чого розплавляла їх і знову заправляла матеріал у систему.
Ми продемонстрували, що за допомогою двофотонної літографії цей полімер можна переробляти щонайменше 10 разів,–прокоментуваврезультати тестування співавторШоджі Маруо.
Технологію протестували одразу у двох типах 3D-друку.
Поки що розробка залишається лабораторною демонстрацією, але дослідники вважають її перспективною для сфер, де використовують дорогі спеціалізовані фотополімери або виготовляють невеликі партії прототипів. Якщо технологію вдасться масштабувати, вона може суттєво скоротити кількість відходів у галузі 3D-друку.
Слід також додати, що розробка японських науковців не є унікальною. Ще у 2025 році дослідники з Університет Чжецзян створили "безкінечно перероблювану" смолу для 3D‑друку, як повідомляло видання3dprintingindustry. Команда тоді виявила, що певна хімічна реакція, яку раніше можна було запустити тільки нагріванням, раптом спрацювала під світлом.
Тоді вони заявляли, що надруковану деталь можна повністю розібрати на молекули і надрукувати знову.
Це наче розібрати LEGO,– коментував досягнення науковець Сє Тао.
Популярність фотополімерного 3D-друку зростає дуже швидко – особливо у виробництві прототипів, стоматології, ювелірній справі та створенні мініатюрних фігурок або діорам. Водночас галузь дедалі частіше стикається з проблемою утилізації відходів. На відміну від звичайного FDM-друку пластиковою ниткою, SLA- та LCD-принтери працюють із рідкими фотополімерами, які у незатверділому стані можуть бути токсичними для довкілля та людини.
Найбільша проблема полягає в тому, що невикористану смолу, зіпсовані моделі, серветки, рукавички та навіть спирт для очищення деталей часто не можна просто викинути у смітник або злити в каналізацію, пояснюєStrataSys. У багатьох країнах такі матеріали вже класифікують як небезпечні хімічні відходи.
Дослідники також попереджають, що фотополімерні смоли можуть потрапляти у ґрунт і водойми через неправильну утилізацію. У науковій роботі, опублікованій у журналіInternational Journal of Molecular Sciences, зазначається, що такі матеріали можуть ставати новим типом забруднювачів екосистем.
Через це індустрія вже кілька років шукає способи зробити фотополімерний друк більш "циркулярним" – тобто таким, де матеріал можна використовувати повторно. З'являються експериментальні біорозкладні смоли, технології очищення відходів і навіть концепти "нескінченно перероблюваних" фотополімерів.
Найімовірніше, першими новою технологією зацікавляться сфери, де фотополімерний друк уже активно використовують для створення дорогих або дуже точних виробів. Передусім ідеться про стоматологію, ювелірне виробництво та медичне прототипування.
У стоматологічих лабораторіях фотополімери застосовують для друку елайнерів, коронок, хірургічних шаблонів і моделей щелеп. Тут щодня витрачаються значні обсяги дорогої смоли, а частина моделей є одноразовою. Можливість повторного використання матеріалу могла б помітно знизити витрати.
Схожа ситуація і в ювелірній галузі, де фотополімерний друк використовують для створення майстер-моделей під лиття. Через високу деталізацію там часто застосовують спеціалізовані смоли з високою ціною, тому можливість повторного плавлення й повторного друку виглядає особливо привабливою.
Ще одним перспективним напрямком можуть стати дослідницькі лабораторії та виробники електроніки. У таких сферах 3D-друк регулярно використовують для швидкого створення прототипів, тестових корпусів і мікроструктур. Велика кількість невдалих тестових зразків автоматично означає великі обсяги відходів. Саме тому технології повторного використання фотополімерів можуть стати способом не лише зменшити шкоду для довкілля, а й скоротити витрати на розробку нових продуктів.