В Northwestern создали метод 3D-печати DIAL: густые чернила и свет, сетки быстрее более чем в четыре раза

Инженеры Северо-Западного университета (Northwestern University) разработали метод 3D-печати direct ink additive lithography, или DIAL, который сочетает скорость и точность световой печати с широким выбором чернил, характерным для экструзии. Исследование опубликовано 4 ноября в журнале Science Advances, сообщает eurekalert.org eurekalert.orgeurekalert.orgeurekalert.orgОткрыть источник ↗. Старший автор работы — Райан Трубай (Ryan Truby), ведущий автор — Пранав Каартик (Pranav Kaarthik).

Ранее пользователям приходилось выбирать между скоростью, тонкими деталями и материалом. Световые принтеры быстры и точны, но обычно требуют жидких смол, которые пропускают свет. Экструзионные методы, такие как direct ink writing, работают со многими чернилами, но рисуют объект по одной линии, а мелкие сопла, нужные для деталей, легко забиваются.

Как DIAL строит деталь

Сначала принтер наносит густые пастообразные чернила через длинное узкое щелевое сопло (slot-die) на плоскую поверхность. Затем лезвие разравнивает их в ровный слой толщиной 50 микрон, тоньше человеческого волоса. Проектор подсвечивает слой узором и отверждает выбранные области. Цикл повторяется слой за слоем, пока объект не готов.

Поскольку целые области отверждаются одновременно, печать идёт быстрее построчной экструзии. Разрешение определяется в основном размером пикселя проектора и толщиной слоя, а не размером сопла eurekalert.orgeurekalert.orgeurekalert.orgОткрыть источник ↗. DIAL также печатает густыми чернилами с частицами, в том числе рассеивающими свет.

Чернила сами поддерживают нависающие элементы, поэтому свободно стоящие структуры не требуют совместно печатаемых опор. По данным издания bioengineer.org, такие чернила авторы получили, добавив в светоотверждаемую смолу наночастицы пирогенного кремнезёма, что дало материалу предел текучести.

Результаты испытаний

В сравнительных испытаниях DIAL напечатал пористые сетчатые структуры более чем в четыре раза быстрее обычной экструзионной печати, с более чёткими элементами и меньшим числом дефектов. Он также напечатал тонкие решётки, которые экструзией воспроизвести не удалось, а настольный световой принтер смог сделать лишь с дополнительными опорами.

Чтобы показать широту материалов, команда напечатала сложные структуры из двух функциональных чернил: структурных электролитов, разрабатываемых для батарей, и гидрогелей, созданных по образцу лабораторных устройств для выращивания клеток и инженерии тканей eurekalert.orgeurekalert.orgeurekalert.orgОткрыть источник ↗.

Трубай заявил, что DIAL позволяет делать детали, которые другими методами 3D-печати трудно или невозможно получить. Авторы называют возможными областями применения конструкционные материалы, робототехнику, накопление энергии, тканевую инженерию и индивидуальные медицинские изделия.