Метод DIAL из Northwestern печатает пористую решётку более чем в четыре раза быстрее экструзии

Инженеры Northwestern University разработали метод direct ink additive lithography, или DIAL, — 3D-печать, которая сочетает узорчатый свет с густыми пастообразными чернилами. Работа опубликована 4 ноября в Science Advances. Старший автор — Райан Трюби (Ryan Truby), ведущий автор — Пранав Каартик (Pranav Kaarthik) doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗. В параллельном тесте DIAL напечатал пористую решётчатую структуру за 30 минут, а обычной экструзии потребовалось 124 минуты doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Как работает DIAL

Сначала принтер наносит большое количество чернил через длинное узкое сопло slot-die на плоскую поверхность. Затем лезвие разравнивает чернила в однородный лист толщиной 50 микрон. Проектор освещает лист узорчатым светом и отверждает выбранные участки; цикл повторяется слой за слоем doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Поскольку целые области отверждаются одновременно, а не прорисовываются линия за линией, печать идёт быстрее, чем при обычной экструзии. По словам авторов, разрешение определяется в основном размером пикселя проектора и толщиной слоя, а не диаметром сопла doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Модельные чернила — светоотверждаемая смола с наночастицами пирогенного кремнезёма, которые придают ей предел текучести: чернила сохраняют форму, пока не приложена сила. Лезвие ненадолго заставляет их течь, после чего они снова густеют. Неотверждённые чернила вокруг напечатанных элементов поддерживают объект во время печати, поэтому каркас не печатается. После печати остатки смывают, а лишние чернила с поверхности можно собрать и использовать повторно doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Тестовые структуры и материалы

Команда напечатала решётки со стенками толщиной до 150 микрон, которые обычная экструзия получить не смогла, и сцепленную кольчугу. Хрупкие решётки на настольном принтере со световой печатью удавалось получить только с дополнительными поддержками doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Чтобы проверить набор материалов, исследователи напечатали структуры из двух функциональных чернил: структурных электролитов, разрабатываемых для батарей, и гидрогелей, созданных по образцу лабораторных устройств для выращивания клеток и инженерии тканей doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗. В работе DIAL также сравнили с цифровой проекционной печатью (DLP) и прямой печатью чернилами (DIW) и оценили влияние реологии чернил на печать; использовали модельные чернила с пределом текучести порядка килопаскалей doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы заявляют, что DIAL может печатать частицесодержащими чернилами, рассеивающими свет, с которыми плохо справляются обычные принтеры со световой печатью. По словам Трюби, метод позволяет получать детали, которые трудно или невозможно изготовить другими способами 3D-печати doi.orgScience Advancesdoi.orgОткрыть источник ↗. Результаты получены в лабораторных экспериментах.