Nye materialer hjælper med at udvide volumetrisk 3-D-print

Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har tilpasset en ny klasse af materialer til deres banebrydende volumetriske 3-D printmetode, der producerer objekter næsten øjeblikkeligt, i høj grad udvide rækken af ​​materialeegenskaber, der kan opnås med teknikken.

Klassen af ​​materialer, der er tilpasset til volumetrisk 3-D-print, kaldes thiol-en-harpikser, og de kan bruges sammen med LLNL's volumetriske additive manufacturing (VAM) teknikker, inklusive Computed Axial Lithography (CAL), som producerer genstande ved at projicere stråler af 3-D-mønstret lys ind i et hætteglas med harpiks. Hætteglasset roterer, mens lyset hærder den flydende harpiks til et fast stof på de ønskede punkter i volumen, og den uhærdede harpiks drænes, efterlader 3D-objektet i løbet af få sekunder.

Tidligere, forskere arbejdede med acrylatbaserede harpikser, der producerede skøre og let knusede genstande ved hjælp af CAL-processen. Imidlertid, den nye harpikskemi, skabt gennem omhyggelig afbalancering af tre forskellige typer molekyler, er mere alsidig og giver forskere et fleksibelt designrum og et bredere udvalg af mekanisk ydeevne. Med thiol-en-harpikser, forskere var i stand til at bygge hårde og stærke, samt strækbar og fleksibel, genstande, ved hjælp af en brugerdefineret VAM-printer på LLNL. Værket blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer og fremhævet i Natur .

"Disse resultater er et vigtigt skridt i retning af vores vision om at bruge VAM-paradigmet til markant at udvide de typer materialer, der kan bruges i lysdrevet 3-D-print, " sagde LLNL-ingeniør Maxim Shusteff, værkets hovedefterforsker og leder af et laboratoriestyret forsknings- og udviklingsprojekt inden for avanceret udvikling af fotopolymermaterialer.

I avisen, forskere demonstrerede også det første eksempel på en metode til at designe den 3-D energidosis, der leveres ind i harpiksen, for at forudsige og måle den, med succes at printe 3-D strukturer i thiol-enharpiksen gennem tomografisk volumetrisk additiv fremstilling. Demonstrationen skaber en fælles reference for kontrolleret 3-D fremstilling og til sammenligning af harpikssystemer, sagde forskere.

Holdet konkluderede, at arbejdet repræsenterer et "betydeligt fremskridt" for volumetrisk additiv fremstilling, da de arbejder hen imod deres mål om at producere højtydende trykte tekniske polymerer, med særlig vægt på anvendelse af thiol-en materialer i biologiske stilladser. Thiol-en-materialer har vist sig lovende for anvendelser, herunder klæbemidler, elektronik og som biomaterialer, sagde forskere.

"Ved at implementere en ikke-lineær tærskelrespons i en bred vifte af kemier, vi planlægger at printe med harpikser såsom silikoner eller andre materialer, der giver funktionalitet, " sagde LLNL materialeingeniør Caitlyn Cook.

Ved at studere, hvordan harpiksen opfører sig ved forskellige lysdoser, forskere tilføjede, at de sigter mod at forbedre overensstemmelsen mellem beregningsmodeller og eksperimenter og anvende fotokemisk adfærd til computertomografi-rekonstruktioner, der producerer de 3-D-modeller, der bruges til at bygge objekter.