Hurtig 3D-print med synligt lys

3-D-print har drevet innovationer inden for områder lige fra kunst til rumfart til medicin. Imidlertid, det højenergi-ultraviolette (UV) lys, der bruges i de fleste 3-D-printere til at hærde flydende harpiks til faste genstande, begrænser teknikkens anvendelser. Hærdning med synligt lys, hvilket ville være mere passende til nogle formål, såsom tissue engineering og soft robotics, er langsom. Nu, forskere, der rapporterer i ACS Central Science har udviklet fotopolymerharpikser, der øger hastigheden af ​​hærdning med synligt lys.

Ved hjælp af computerstøttet design, 3-D-printede objekter fremstilles ved successiv lagdeling af et materiale til en 3-D-form, med hvert lag størknet eller 'hærdet' ved hjælp af UV-lys. At kunne bruge synligt lys til hærdning ville have fordele, herunder reducerede omkostninger, forbedret biokompatibilitet, større dybde af lysindtrængning og reduceret lysspredning. Disse attributter kunne åbne op for nye applikationer til 3-D-print, såsom fremstilling af uigennemsigtige kompositter, multi-materiale strukturer eller hydrogeler indeholdende levende celler. Imidlertid, fordi synligt lys har lavere energi end UV, hærdning med synligt lys er i øjeblikket for langsom til at være praktisk. Zachariah Page og kolleger ønskede at finde en måde at fremskynde processen.

Forskerne udviklede violet-, blå-, grøn- og rødfarvede harpikser, der indeholdt en monomer, en fotoredox katalysator (PRC), to medinitiatorer og et uigennemsigtigt middel. Når PRC absorberede synligt lys fra LED'er, det katalyserede overførslen af ​​elektroner mellem co-initiatorerne, som dannede radikaler, der fik monomeren til at polymerisere. Det uigennemsigtige middel hjalp med at begrænse hærdningen til de områder, der blev ramt af lys, hvilket forbedrede rumlig opløsning. Den optimerede blanding af komponenter gjorde det muligt for forskerne at printe stive og bløde objekter med små funktioner (mindre end 100 μm), mekanisk ensartethed og byggehastigheder op til 1,8 tommer i timen.

Selvom den bedste byggehastighed stadig er mindre end halvdelen af ​​den hurtigste hastighed opnået ved brug af UV-lys, det kan forbedres yderligere ved at øge lysintensiteten eller tilføje andre komponenter til harpiksen, siger forskerne.