Инновационная совместная печать жидкости и твердого тела: создание полнофункциональных 3D-систем методом Университета Колорадо

Профессор Роберт МакКерди и его команда в Университете Колорадо в Болдере разработали и охарактеризовали метод печати 3D-структур с одновременным использованием разных материалов, включая жидкости и твердые тела, для производства полных функциональных систем, а не только отдельных компонентов.

Tech Briefs: Что заставило вас начать этот проект?

Профессор Роберт МакКерди: Мой бэкграунд — робототехника, и я очень взволновался в начале моей PhD работы, пытаясь подумать о способах автоматизации дизайна и фабрикации роботов — это всё еще центральная мотивация моей работы.

Моя цель — разработать инструменты, позволяющие человеческим дизайнерам очень быстро реагировать на новые потребности и очень быстро проектировать, а затем фабрицировать роботов для этих потребностей.

Tech Briefs: Можете ли вы рассказать больше о процессе?

МакКерди: Обычно все чернила для инкджета наносятся как жидкость, затем они экспонируются теплу или свету и переходят в твердое состояние. Но если мы также включаем материалы, которые постоянно остаются жидкостью, мы можем использовать жидкость как поддерживающий материал.

У нас три разных сценария, основанных на двух разных материалах, которые мы рассматриваем. Если один материал более плавучий, чем другой, они разделяются как вода и масло. Если есть различия в поверхностном натяжении между двумя материалами, верхняя капля, которая иначе упала бы сквозь нижнюю, удерживается на интерфейсе своим поверхностным натяжением.

И наконец, даже если плотность неверна, и даже если поверхностное натяжение неверно, если вы можете фото полимеризовать достаточно быстро, чтобы оно перешло из жидкости в твердое, пока оно всё еще на поверхности и у вас есть другие капли рядом с ним, они также фото полимеризуются. Тогда вы потенциально можете создавать физические структуры, которые будут заблокированы на месте и не продолжат тонуть сквозь жидкость.

Это позволяет нам печатать структуры, например, спирали, которые невозможно очистить с существующими поддерживающими материалами. Инкджет-метод требует поддерживающий материал, но в итоге вы должны его удалить.

Однако существующие поддерживающие материалы довольно трудно удалить из каналов в таких сложных спиралеобразных и капиллярных структурах, которые мы создали в лаборатории. В нашем методе, потому что поддерживающий материал настолько низкой вязкости, он легко вытекает из всех каналов с небольшим потоком жидкости.

Мы печатаем твердое и жидкое одновременно. Так что всё готово к работе, как только вы смываете поддерживающий материал.

Tech Briefs: То, над чем вы работаете, — это как базовые гайки и болты, которые могли бы использоваться для построения вещей в будущем?

МакКерди: Совершенно верно — мы хотим добавить больше красок в палитру художника. И жидкость — важная, потому что она передает преимущества, которые просто добавление другого цвета твердого не обязательно помогли бы.

Мы собираемся продолжить тему роботов, но исследовать и расширять разные виды структур, которые мы можем сделать.

Отредактированная версия этого интервью появилась в июнь 2022 номере Tech Briefs.