Innovatieve vloeistof-vast co-printing: Volledig functionele 3D-systemen creëren met University of Colorado's nieuwe methode

Professor Robert MacCurdy en zijn team aan de University of Colorado at Boulder hebben een methode ontwikkeld en gekarakteriseerd om 3D-structuren te printen met het gelijktijdige gebruik van verschillende materialen, inclusief vloeistoffen en vastestoffen, om complete functionele systemen te produceren, niet alleen individuele componenten.

Tech Briefs: Wat heeft u aan dit project gebracht?

Professor Robert MacCurdy: Mijn achtergrond is in robotica, en ik werd erg opgewonden aan het begin van mijn Ph.D.-werk, in het nadenken over manieren waarop we het ontwerp en de fabricatie van robots konden automatiseren – dat is nog steeds de centrale motivatie van mijn werk.

Mijn doel is om tools te ontwikkelen die menselijke ontwerpers in staat stellen om zeer snel te reageren op nieuwe behoeften en zeer snel te ontwerpen, en dan robots te fabriceren voor die behoeften.

Tech Briefs: Kunt u ons meer vertellen over het proces?

MacCurdy: Typisch worden alle inkjet-inkten als vloeistof gedeponeerd en worden ze vervolgens blootgesteld aan warmte of licht en gaan ze over in een vastestof. Maar als we ook materialen opnemen die permanent als vloeistof blijven, kunnen we de vloeistof als support-materiaal gebruiken.

We hebben drie verschillende scenario's, gebaseerd op de twee verschillende materialen die we overwegen. Als een van de materialen meer drijfend is dan de ander, zullen ze scheiden als water en olie. Als er oppervlaktespanningsdifferentiëlen zijn tussen de twee materialen, zal de bovenste druppel, die anders door de onderste zou zakken, op het interface door zijn oppervlaktespanning gehandhaafd worden.

En tenslotte, zelfs als de dichtheid fout is, en zelfs als de oppervlaktespanning fout is, als je het snel genoeg kunt fotopolymeriseren zodat het overgaat van een vloeistof naar een vastestof terwijl het nog aan het oppervlak is en je hebt andere druppels ernaast, die ook fotopolymeriseren. Dan kun je potentieel fysieke structuren creëren die op hun plaats vastgezet worden en niet doorgaan met zakken door de vloeistof.

Dat stelt ons in staat om structuren te printen, bijvoorbeeld, spiralen, die onmogelijk schoon te maken zijn met bestaande support-materialen. De inkjet-methode vereist support-materiaal maar uiteindelijk moet je het verwijderen.

Echter, bestaande support-materialen zijn vrij moeilijk te verwijderen uit kanalen in de soort ingewikkelde spiraal- en capillaire-achtige structuren die we in ons lab creëerden. In onze methode, omdat het support-materiaal zo laag in viscositeit is, vloeit het gemakkelijk uit alle kanalen met een beetje vloeistofstroom.

We printen het vastestof en de vloeistof tegelijkertijd. Dus, het is allemaal klaar om te gaan zodra je het support-materiaal afwast.

Tech Briefs: Is wat u aan het werk bent soort van de basis bouwstenen die in de toekomst gebruikt kunnen worden om dingen te bouwen?

MacCurdy: Dat klopt – we willen meer verf aan de schilder zijn palet toevoegen. En vloeistof is een belangrijke omdat het voordelen vermittelt die gewoon een andere kleur vastestof toevoegen niet noodzakelijk zou helpen.

We gaan doorgaan met het thema van robots maar de verschillende soorten structuren die we kunnen maken verkennen en uitbreiden.

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