Forskere udvikler billige, drop-on-demand printteknik

Forskere ved Center for Nano Science and Engineering (CeNSE), IISc, har udviklet en lavpris, drop-on-demand printteknik, der er i stand til at generere en bred vifte af dråbestørrelser ved hjælp af en række forskellige blæk. Ud over traditionel trykning, det kunne også potentielt være nyttigt til 3-D print af levende celler, keramiske materialer, elektroniske kredsløb og maskinkomponenter.

Printere, der bruges i øjeblikket – fra inkjetprintere til bioprintere, der dispenserer levende celler – har en dyse med en lille åbning til at udstøde dråber. Imidlertid, partikler i blækket eller en cellesuspension kan tilstoppe åbningen, hvilket begrænser mængden af ​​partikler eller celler, der kan lades indledningsvis. Følgelig, tykkelsen af ​​det lag, der kan udskrives, er også begrænset.

Den nye teknik erstatter dysen med et net dækket med kemisk behandlede nanotråde, der afviser vand. Når en stor dråbe rammer dette net, den springer tilbage. Imidlertid, en lille del af væsken udstødes gennem maskeporen som en stråle, der knækker for at skabe en dråbe i mikroskala, som derefter printes på en overflade.

På grund af den korte kontakttid for den stødende dråbe med nettet (ca. 10 ms), partiklerne i blækket får ikke en chance for at tilstoppe maskeporen, siger forskerne. Dette gjorde det muligt for dem at fylde blækket med større mængder af nanopartikler, muliggør udskrivning af meget tykke linjer i en enkelt cyklus. Nettet kan også nemt rengøres og genbruges.

"Nettet koster kun en lille brøkdel af de dyser, som det erstatter. Dette reducerer driftsomkostningerne betydeligt sammenlignet med konventionelle printteknikker, " siger Prosenjit Sen, Lektor i CeNSE og seniorforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation .

Sen og hans laboratorium har arbejdet på at udvikle nanostrukturerede overflader, der kan afvise vand. Når store dråber rammer sådanne nanostrukturerede masker ved høje hastigheder, jetfly udstødes. Mens man studerer dette fænomen, forskerne fandt ud af, at hastigheden af ​​den udstødte stråle var overraskende højere end hastigheden af ​​den stødende dråbe.

"Dette var det første hint om, at en eller anden mekanisme spillede en rolle i at fokusere den kinetiske energi, " siger Chandantaru Dey Modak, førsteforfatter og ph.d. studerende på CeNSE. "På dette tidspunkt, vi begyndte at stille følgende spørgsmål:Hvad er denne fokusmekanisme? Kan denne mekanisme udnyttes til pålideligt at generere enkelt mikroskala dråber?"

Holdet optog højhastighedsvideoer (50, 000 til 80, 000 billeder pr. sekund) af disse stødende dråber, og fandt, at et lufthulrum blev dannet ved dråbecentret. Under nedslagets rekylfase, dette hulrum kollapsede, fokusere al den kinetiske energi i et enkelt punkt, hvilket resulterer i dannelsen af ​​individuelle dråber. Ingen "satellit"-dråber - sekundære dråber, der resulterer i uønsket spredning - blev genereret. Størrelsen af ​​de udstødte dråber kunne også justeres ved at justere porestørrelsen af ​​nettet.

Forskerne var i stand til at demonstrere brugen af ​​denne teknik til forskellige applikationer. "Ved at bruge drop impact print, vi kunne printe 3-D søjler i forskellige størrelser, et elektronisk kredsløb til applikationer med halvlederenheder, og biobaserede dråbearrays til cellekultur, " siger Modak. "Muligheden til at udskrive en bred vifte af dråbestørrelser, mens du bruger forskellige slags blæk til forskellige applikationer, gør denne teknik unik."