3D-печать некоторых предметов вскоре может стать намного быстрее, проще и экологичнее. Это связано с тем, что ученые разработали новые чернила для 3D-печати, которые легко выдавливаются в виде жидкости, но затем затвердевают при контакте с раствором соленой воды.
Когда большинство людей думают о 3D-печати, они представляют себе широко используемую технологию, известную как моделирование методом послойного наплавления (FDM). Этот метод включает в себя выдавливание расплавленного полимера из сопла, создание объектов в последовательно наносимых слоях по мере того, как полимер остывает до твердого состояния.
Другая технология, называемая прямой чернильной печатью (DIW), также подразумевает выдавливание материала из сопла. Однако в этом случае материал представляет собой желатиновые полимерные «чернила», которые химически переходят в твердое вещество. По сравнению с FDM, DIW, как правило, более экономически и энергоэффективен, а также позволяет создавать объекты из более широкого спектра полимеров.
Однако один из недостатков этой технологии заключается в том, что для инициирования и последующего ускорения перехода из жидкого состояния в твердое часто требуются токсичные химические катализаторы и сшивающие агенты. Эти химикаты не только потенциально вредны для людей и окружающей среды, они также добавляются на этапе после печати, что увеличивает длительность и сложность производственного процесса.
Вот тут-то и появляются новые чернила.
Разработанные профессором Джинхе Бэ и его коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего, они включают в себя жидкий полимерный раствор под названием поли(N-изопропилакриламид) – или PNIPAM, для краткости. Функциональные материалы, такие как углеродные нанотрубки или графеновые хлопья, можно смешивать с жидкостью.
Чернила мгновенно образуют сплошную сетку при выдавливании на покрытое соленой водой предметное стекло Донхван Цзи
Поскольку PNIPAM изначально довольно жидкий, его можно легко выдавить из иглы с очень небольшим усилием. Когда чернила выдавливаются в раствор соленой воды и хлорида кальция, ионы соли немедленно вытягивают молекулы воды из чернил — это явление известно как «высаливание». Гидрофобные (водоотталкивающие) полимерные цепи, оставшиеся в чернилах, затем объединяются вместе, заставляя чернила мгновенно затвердевать. Любые добавленные функциональные материалы также фиксируются там.
В отличие от обычной печати DIW, метод PNIPAM не требует использования каких-либо постпечатных химикатов, и его можно проводить при комнатной температуре. В качестве дополнительного бонуса, напечатанные твердые объекты позже могут быть преобразованы обратно в пригодный для использования жидкий PNIPAM при желании.
Эта технология уже была использована для печати печатной платы, которая использовалась для питания лампочки.
Статья об исследовании, в котором также участвовали ученые из Университета Ханьян в Корее, была недавно опубликована в журнале Nature Communications. Вы можете увидеть, как чернила мгновенно формируются в твердые катушки, на видео ниже.
3D-печать твердых полимеров в соленой воде
