Smart blæk tilføjer nye dimensioner til 3D-udskrivning

Forskere ved Dartmouth College har udviklet et smart blæk, der gør 3D-printede strukturer til objekter, der kan ændre form og farve. Innovationen lover at tilføje endnu mere funktionalitet til 3D -print og kunne bane vejen til en ny generation af trykt materiale.

Fremskridt inden for formændrende intelligent udskrivning - også kendt som 4D -udskrivning - er et billigt alternativ til udskrivning af præcisionsdele til brug inden for områder, der spænder fra biomedicin til energiindustrien.

"Denne teknik giver liv til 3D-printede objekter, "sagde Chenfeng Ke, en adjunkt i kemi i Dartmouth. "Mens mange 3D-printede strukturer bare er former, der ikke afspejler materialets molekylære egenskaber, disse blæk bringer funktionelle molekyler til 3D -printverdenen. Vi kan nu udskrive smarte objekter til forskellige formål. "

Mange 3D-udskrivningsprotokoller er afhængige af fotohærdende harpikser og resulterer i hårde plastgenstande med stive, men tilfældige molekylære arkitekturer. Den nye proces giver designere mulighed for at beholde specifikke molekylære justeringer og funktioner i et materiale og konverterer disse strukturer til brug i 3D -print.

Ved at bruge en kombination af nye teknikker i for- og efterudskrivningsprocesserne, forskere var i stand til at reducere udskrevne objekter til 1 procent af deres originale størrelser og med 10 gange opløsningen. 3D -printede objekter kan endda animeres til gentagne gange at ekspandere og trække sig sammen i størrelse ved hjælp af supramolekylære søjler. Med fluorescerende trackere, objekterne kan fås til at ændre farve som reaktion på en ekstern stimulus som lys.

Evnen til at reducere størrelsen på et objekt efter udskrivning, samtidig med at funktionelle funktioner og øget opløsning bevares, gør det muligt for billige printere at udskrive objekter i høj opløsning, der engang kun var muligt med meget mere sofistikerede printere.

Ifølge undersøgelsen, som blev valgt som VIP -papir af Angewandte Chemie , tidsskriftet for German Chemical Society, det smarte blæk kan udskrive groft, 300 mikron opløsning, men slutproduktet ville have en meget finere linjebredde på 30 mikron.

"Denne proces kan bruge $ 1, 000 printer til at udskrive det, der plejede at kræve en $ 100, 000 printer, "sagde Ke." Denne teknik er skalerbar, meget fleksibel og kan reducere omkostningerne dramatisk. "

For at oprette det smarte blæk, forskere brugte et polymerbaseret "køretøj", der integrerer intelligente molekylære systemer i trykgel og giver mulighed for transformation af deres funktioner fra nanosaklen til makroskalaen.

Mens de fleste materialer let hærdes under 3D -udskrivningsprocessen, den nye proces introducerer en række efterudskrivningsreaktioner, der låser de aktive ingredienser sammen og bevarer formen af ​​den molekylære struktur under hele trykprocessen.

Resultatet er et trykt objekt med et molekylært design, der er programmeret til at transformere sig selv:Hvis du forsyner det med kemisk brændstof, det ændrer form. Hvis du skinner et lys over det, det kan ændre farve.

"Dette er noget, vi aldrig har set før. Ikke alene kan vi 3D -udskrive objekter, vi kan fortælle molekylerne i disse objekter at omarrangere sig selv på et niveau, der kan ses med det blotte øje efter udskrivning. Denne udvikling kunne frigøre det store potentiale for udvikling af smarte materialer, "Sagde Ke.

Selvom forskere mener, at teknologien stadig er langt væk fra intelligente 3D -systemer, der dynamisk kan ændre deres konfiguration, nuværende anvendelser til teknologien kan være at udskrive præcisionsfiltre og lagerenheder. Over tid, forskere forventer, at processen kan resultere i en ny klasse af makroskala 3D -printede objekter, der kan bruges til at levere medicin eller producere knoglerstatninger i høj opløsning.

Ifølge forskergruppen, der er involveret i undersøgelsen:"Vi tror, ​​at denne nye tilgang vil starte udviklingen af ​​små molekylbaserede 3D-printmaterialer og i høj grad fremskynde udviklingen af ​​smarte materialer og enheder uden for vores nuværende greb, der er i stand til at udføre komplekse opgaver i reaktion på miljømæssige stimuli. "

På kort sigt, forskere forventer, at de smarte blæk vil være nyttige for materialekemikere, 3D -printingeniører og andre interesserede i at bringe funktionelle materialer ind i 3D -print.