Инженеры разработали новый способ совместной 3D-печати жидких и твердых материалов, что потенциально может привести к созданию более динамичных и полезных продуктов — от роботов до носимых электронных устройств.
Представьте себе будущее, в котором можно было бы напечатать на 3D-принтере целого робота или эластичное электронное медицинское устройство одним нажатием кнопки — без утомительных часов, затрачиваемых на сборку деталей вручную.
Эта возможность может быть ближе, чем когда-либо, благодаря недавнему прогрессу в технологии 3D-печати под руководством инженеров из Университета Колорадо в Боулдере. В новом исследовании команда излагает стратегию использования доступных в настоящее время принтеров для создания материалов, которые объединяют твердые и жидкие компоненты. Работа является большим прорывом в области 3D-печати.
«Я думаю, что есть будущее, в котором мы могли бы, например, изготовить полную систему, подобную роботу, используя этот процесс», — сказал Роберт МакКарди, старший автор исследования и доцент кафедры машиностроения Пола М. Рэди.
3D-принтеры долгое время были прерогативой любителей и исследователей, работающих в лабораториях. Они неплохо умеют делать пластиковых динозавров или отдельные детали для машин, например, шестерни или шарниры. Но МакКарди считает, что они могут сделать гораздо больше: смешивая твердые тела и жидкости, 3D-принтеры могут производить более гибкие, динамичные и потенциально более полезные устройства. Они включают в себя носимые электронные устройства с проводами, сделанными из жидкости, содержащейся в твердой подложке, или даже модели, которые имитируют мягкость настоящих человеческих органов.
Инженер сравнивает достижения с традиционными принтерами, которые печатают в цвете, а не только в черно-белом режиме.
«Цветные принтеры объединяют небольшое количество основных цветов для создания богатого диапазона изображений, — сказал МакКарди. «То же самое верно и для материалов. Если у вас есть принтер, который может использовать несколько видов материалов, вы можете комбинировать их по-новому и создавать гораздо более широкий диапазон механических свойств».
Сначала исследователи разработали серию компьютерных симуляций, которые исследовали физику печати различных материалов рядом друг с другом. Одна из больших проблем, по словам МакКарди, заключается в следующем: как предотвратить смешивание капель твердого материала с жидким, даже если капли твердого материала печатаются непосредственно поверх капель жидкости?
«Мы обнаружили, что поверхностное натяжение жидкости можно использовать для поддержки твердого материала, но полезно выбрать жидкий материал, который более плотный, чем твердый материал — та же физика, которая позволяет маслу плавать поверх воды», - говорит МакКарди.
Затем исследователи экспериментировали с настоящим 3D-принтером в лаборатории. Они загрузили принтер отверждаемым полимером или пластиком (твердым) и стандартным чистящим раствором (жидким). Их творения были впечатляющими: группа смогла напечатать на 3D-принтере извилистые петли жидкости и сложную сеть каналов, мало чем отличающихся от ветвящихся путей в легких человека, пишет ScienceDaily.
«Обе структуры было бы почти невозможно создать с помощью предыдущих подходов», — заявил МакКарди. «Мы надеемся, что наши результаты сделают многокомпонентную струйную 3D-печать с использованием жидкостей и твердых тел более доступной для исследователей и энтузиастов по всему миру».
Написать комментарий