Ny metode lover fremskridt inden for 3-D-print, fremstilling og biomedicinske applikationer

I en udvikling, der giver store løfter for additiv fremstilling, Princeton University-forskere har skabt en metode til præcist at skabe dråber ved hjælp af en væskestråle. Teknikken giver producenterne mulighed for hurtigt at generere dråber af materiale, kontrollere deres størrelse fint og lokalisere dem i et 3D-rum.

Selvom både 3-D-printere og traditionelle producenter allerede bruger dråber til omhyggeligt at tilføje materiale til deres produkter, den nye jetmetode giver større fleksibilitet og præcision end standardteknikker, sagde forskerne. For eksempel, levering af dråber med dyser giver mulighed for ekstremt små størrelser og giver designere mulighed for at ændre dråbestørrelser, former og spredning, såvel som mønstre af dråber, i farten.

"Et nøgleaspekt er enkelheden af ​​metoden, sagde Pierre-Thomas Brun, en assisterende professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved Princeton og den ledende forsker. "Du tegner noget på computeren, og du kan skabe det."

I en artikel offentliggjort 28. oktober i Proceedings of the National Academy of Sciences , forskerne beskriver, hvordan man kontrollerer spredningen af ​​dråber fra en tynd væskestråle. De var i stand til at injicere kalibrerede dråber af glycerin i en flydende polymer for at demonstrere placering over tre dimensioner - et nøglekrav til fremstilling. Ved at hærde polymeren, forskerne var i stand til at sætte dråberne på ønskede steder. Selvom forskerne brugte glycerin til eksperimentet, de sagde, at metoden ville fungere med en lang række stoffer, der almindeligvis anvendes i fremstilling og forskning.

Metoden er skalerbar og kan justeres til at arbejde med en bred vifte af printmønstre, sagde forskerne. Dyserne kan styres til at sprede dråber i linjer eller i sinusformede bølgemønstre, skabe fleksibilitet i fremstillede former.

Forskerne sagde, at teknikken kunne anvendes til applikationer, herunder oprettelse af biomedicinske stilladser, akustiske materialer og bioreaktorer samt standard 3-D fremstilling.

Forskerne sagde, at metoden også fritager designere for behovet for konstant at justere og finjustere deres maskiner for at skabe forskellige former og størrelser. Fordi matematikken styrer spredningen af ​​dråberne, det er nemt at foretage ændringer, der passer til et projekts krav.

"Vores tilgang er robust i den forstand, at alt, hvad vi gør, er at trække strålen, og dråberne arrangerer sig selv, " sagde Brun. "Jeg tror, ​​det er nemmere og måske mere alsidigt end de nuværende metoder."

Artiklen "Unbounded microfluidics:Rayleigh-Plateau instability of a viscous jet in a viskøst bad" blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .