У Японії створили фотополімер для 3D-друку, відходи якого можна використовувати повторно

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 на Eurekalert, полягає у зворотній реакції затвердіння: матеріал не лише переходить із рідкого стану у твердий під дією світла, а й здатен повернутися назад після нагрівання.

Як працює новий фотополімер?

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 елементи фактично стають пластиковими відходами.

Японські вчені спробували вирішити цю проблему за допомогою антраценових 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 випромінювання матеріал 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 і це критична перевага цієї розробки.

Що показали експерименти?

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,
– прокоментував результати тестування співавтор Шоджі Маруо.

Технологію протестували одразу у двох типах 3D-друку.

• Перший – класична мікростереолітографія, де шар матеріалу затвердіває під дією світла.
• Другий – двофотонний друк, який вважається значно точнішим методом і дозволяє формувати структури на мікроскопічному рівні завдяки фокусуванню лазера у дуже малій зоні.

Коли це можна буде використовувати?

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 видання 3dprintingindustry. 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.

Наскільки великою є проблема відходів фотополімерного друку?

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, пояснює StrataSys. 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 журналі International 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.

Які галузі можуть першими перейти на багаторазову смолу?

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.