Исследователи из Китайской академии наук и Массачусетского технологического института успешно исследовали метод 3D-печати для создания управляемых 3D-структур из одной капли смолы.
Этот процесс сочетает в себе УФ-отверждение и методы осушения линии трехфазного контакта капель (TCL) для эффективного выращивания 3D-структур из одной капли с повышением эффективности и точности 3D-печати при минимизации остаточных отходов смолы.
3D-печать одной каплей в AM
Методы 3D-печати, основанные на фотоотверждении, при которых 3D-модель затвердевает на границе отверждения, стали перспективным методом для микрожидкостных, сенсорных, биопечатных и системных приложений для преобразования формы. Однако эти методы имеют низкое использование влажного материала и эффективность использования чистого материала по сравнению с технологиями моделирования методом наплавления (FDM), цифровой обработки света (DLP) и стереолитографии (SLA).
Недостаток этих методов в данном конкретном приложении, по мнению исследователей, заключается в том, что неотвержденная смола должна покрывать весь резервуар в избыточном количестве, прежде чем начнется процесс печати, что приводит к более высоким затратам, больше отходов и недостаточное рассеивание тепла.
Ранее в этом году исследователи из Оксфордского университета разработали процесс 3D-биопечати с разрешением одной капли, который позволил им создавать синтетические ткани с большей точностью. Используя специально созданный 3D-принтер, исследователи построили сети 3D-капель, состоящие из 224 капель, которые были автоматически сгенерированы для создания 3D-решеток.
В другом месте исследователи из Университета Монреаля исследовали новый метод клеточной биопечати на основе капель, лазерно-индуцированный боковой перенос (LIST), который включал использование низкоэнергетического наносекундного лазера наряду с законами микрофлюидной динамики для струйные живые клетки друг на друга.
Хотя метод УФ-отверждения и удаления влаги TCL имеет сходство с упомянутыми выше методами одиночной капли, этот метод включает печать всей структуры из одной капли, в отличие от многослойных сетей капель. Исследователи говорят, что это то, что отличает этот конкретный метод от других технологий 3D-печати с одной каплей.
УФ-отверждение и метод обезвоживания TCL
Вдохновленные естественными поверхностями растений лотоса и кувшина, где воздух или жидкость, попавшие на поверхность, могут значительно уменьшить адгезию между слоями, исследователи исследовали, как можно манипулировать интерфейсом отверждения для производства трехмерных структур с использованием одного капля смолы.
Ключом к успеху этого метода является свойство поверхности свободного контакта системы капель за счет введения отступающего TCL, который одновременно увеличивает циркуляцию жидкости внутри капли и снижает адгезионные свойства жидкой смолы, отвержденная смола и емкость для смолы
Настройка печати включала использование УФ-проектора, прозрачного для УФ-излучения интерфейса закрепления и алюминиевой опорной пластины, установленной на подвижной платформе.
Во-первых, капля жидкой смолы была нанесена на поверхность раздела отверждения - верхнюю поверхность дна ванны для смолы. Перед печатью опорная пластина контактировала с окном отверждения с каплей смолы между ними. Затем на поверхность отверждения непрерывно проецировались узоры УФ-излучения, в то время как поддерживающая пластина поднималась с постоянной скоростью. Благодаря этому жидкая смола может быть отверждена в твердую смолу в форме УФ-рисунка.
Одновременно TCL капли жидкой смолы снижалась по мере того, как она расходовалась в процессе УФ-отверждения, до тех пор, пока в конечном итоге капля жидкости не была успешно отверждена в желаемую твердую трехмерную структуру.
Потенциальные области применения
Воодушевленные результатами своего исследования, ученые также продемонстрировали однокапельный процесс УФ-отверждения и обезвоживания TCL путем 3D-печати структуры зуба для использования в индивидуальных стоматологических приложениях. Чтобы проиллюстрировать элемент управляемости метода, исследователи напечатали структуры коронок моляров, резцов и клыков, подходящие для стоматологического лечения.
По мнению ученых, эта стратегия создания управляемых 3D-структур из одной капли будет иметь «большое значение» для производства 3D-моделей по запросу и имеет множество потенциальных применений в будущем.
Более подробную информацию об исследовании можно найти в статье «Непрерывная 3D-печать из одной единственной капли» в журнале Nature. Соавторами исследования являются Ю. Чжан, З. Донг, К. Ли, Х. Ду, Н. Фанг, Л. Ву и Ю. Сонг.
