Q&A:Vloeistof-vast co-printen van complete functionele systemen

Professor Robert MacCurdy en zijn team aan de Universiteit van Colorado in Boulder hebben een methode ontwikkeld en gekarakteriseerd om 3D-structuren te printen met gelijktijdig gebruik van verschillende materialen, waaronder vloeistoffen en vaste stoffen, om complete functionele systemen te produceren, niet alleen individuele componenten.

Tech Briefs: Hoe ben je aan dit project begonnen?

Professor Robert MacCurdy: Mijn achtergrond ligt in robotica en ik raakte erg enthousiast aan het begin van mijn doctoraatswerk, toen ik probeerde na te denken over manieren waarop we het ontwerp en de fabricage van robots konden automatiseren - dat is nog steeds de centrale motivatie van mijn werk.

Mijn doel is om tools te ontwikkelen waarmee menselijke ontwerpers zeer snel kunnen reageren op nieuwe behoeften en zeer snel kunnen ontwerpen en vervolgens robots kunnen fabriceren voor die behoeften.

Tech Briefs: Kun je ons meer vertellen over het proces?

MacCurdy: Gewoonlijk worden alle inkjet-inkten afgezet als een vloeistof en worden ze vervolgens blootgesteld aan warmte of licht en gaan ze over in een vaste stof. Maar als we ook materialen meenemen die permanent vloeibaar blijven, kunnen we de vloeistof gebruiken als ondersteunend materiaal.

We hebben drie verschillende scenario's, gebaseerd op de twee verschillende materialen die we overwegen. Als een van de materialen meer drijfvermogen heeft dan de andere, zullen ze scheiden als water en olie. Als er verschillen in oppervlaktespanning zijn tussen de twee materialen, zou de bovenste druppel, die anders door de onderste zou vallen, op het grensvlak worden gehouden door zijn oppervlaktespanning.

En tot slot, zelfs als de dichtheid verkeerd is, en zelfs als de oppervlaktespanning verkeerd is, als je het snel genoeg kunt fotopolymeriseren zodat het overgaat van een vloeistof naar een vaste stof terwijl het nog aan de oppervlakte is en je andere druppeltjes ernaast hebt , ze zijn ook fotopolymeriserend. Dan zou je mogelijk fysieke structuren kunnen creëren die op hun plaats zouden worden vergrendeld en niet door de vloeistof zouden blijven zinken.

Dat stelt ons in staat om structuren te printen, bijvoorbeeld spiralen, die met bestaand ondersteunend materiaal onmogelijk schoon te maken zijn. De inkjetmethode vereist ondersteunend materiaal, maar uiteindelijk moet u dit verwijderen.

Bestaande ondersteunende materialen zijn echter vrij moeilijk te verwijderen van kanalen in het soort gecompliceerde spiraal- en capillairachtige structuur die we in ons laboratorium hebben gemaakt. In onze methode, omdat het ondersteuningsmateriaal zo laag in viscositeit is, stroomt het gemakkelijk uit alle kanalen met een beetje vloeistofstroom.

We printen de vaste stof en de vloeistof tegelijkertijd. Het is dus allemaal klaar voor gebruik zodra u het ondersteunende materiaal eraf wast.

Tech Briefs: Is waar je aan werkt een soort van basisbouten die in de toekomst kunnen worden gebruikt om dingen te bouwen?

MacCurdy: Dat klopt - we willen meer verven toevoegen aan het palet van de schilder. En vloeistof is een belangrijke omdat het voordelen biedt die het toevoegen van een andere kleur van een vaste stof niet per se zou helpen.

We gaan verder met het thema robots, maar onderzoeken en breiden uit over de verschillende soorten structuren die we kunnen maken.

Een bewerkte versie van dit interview verscheen in de Tech Briefs van juni 2022 .