Forskere udvikler en unik metode til fremstilling af 3-D porøse strukturer

Materialer med kontrolleret porøsitet har fundet forskellige anvendelser i separation, katalyse, energilagring, sensorer og aktuatorer, vævsteknologi og lægemiddellevering. Der er udviklet flere metoder til at fremstille veldefinerede porøse materialer med porestørrelser fra nanometer til millimeter. For eksempel, indførelsen af ​​offerskabeloner kan give porøsitet til materialerne, der indkapsler dem efter fjernelse af indlejrede materialer. Alternativt procedurer, der involverer faseadskillelse, direkte skabeloner og kemisk reaktion har vist fremstilling af hierarkiske porøse strukturer. Disse metoder kræver i sagens natur flere trin, og er begrænset i den opnåelige kompleksitet af de fremstillede strukturer.

Nylige fremskridt inden for digital fremstilling, repræsenteret ved 3-D print, har muliggjort fremstilling af porøse 3D-strukturer bestående af polymermaterialer med porøsitet, dog begrænset af materialer, der er anvendelige til processen. For eksempel, opløsningsmiddelstøbning 3-D-print (SC3DP) – direkte 3-D-print af polymerblæk med in situ-fordampning af opløsningsmidler – har muliggjort fremstilling af 3-D porøse strukturer med strenge krav til trykfarvens rheologiske egenskaber (f.eks. høj viskositet) og højt damptryk).

Forskere fra Singapore University of Technology and Designs (SUTD) Soft Fluidics Lab udviklede en ny 3-D printmetode til at fremstille 3-D porøse modeller i ét trin, som blev betegnet som nedsænkningsudfældning 3-D-print (ip3DP). I den nyudviklede tilgang, blæk indeholdende polymerer blev trykt direkte i et bad med et ikke-opløsningsmiddel, og den trykte blæk størknede hurtigt via nedsænkningsudfældning. Spontan størkning via nedsænkningsudfældning genererede porøsitet på mikro-til-nano-skalaer. Porøsiteten af ​​de 3-D printede objekter styres let af koncentrationerne af polymerer og additiver, og typerne af opløsningsmidler. Et bredere udvalg af opløsningsmidler gjorde det muligt at printe et bredere udvalg af termoplast. For at fremhæve denne evne, Fremstilling af modeller i centimeterskala i 13 polymerer opløst i seks opløsningsmidler blev demonstreret.

"Dette arbejde er den første demonstration af tredimensionelt styret nedsænkningsudfældning baseret på digitalt kontrollerede aflejringer af materialer, " sagde hovedforfatter af avisen Dr. Rahul Karyappa.

Hovedefterforskeren, Adjunkt Michinao Hashimoto udtalte, at "det brede udvalg af printbare materialer, og evne til at skræddersy deres morfologier og egenskaber, gør ip3DP til en ny tilgang til 3-D-print for at fremstille funktionelle strukturer."