Чтобы напечатать гибкое устройство, включая электронику, 3D принтер должен быть в состоянии к беспрепятственно переходу от гибкого материала, который перемещается с Вашими суставами для пригодных заявлений к твердому материалу, который приспосабливает электронные компоненты. Это должно было бы также быть в состоянии включить электрическую схему, используя многократные чернила переменной проводимости и удельного сопротивления, точно переключаясь между ними. И, это было бы идеально, чтобы сделать все это без остановки процесса печати.
Способность объединить разрозненные материалы и свойства в печатных объектах является следующей границей в 3D печати.К этой цели исследователи Гарварда проектировали новые мультиматериальные печатающие головки, которые смешивают и печатают сконцентрированные вязкоупругие чернила, которые допускают одновременный контроль состава и геометрии во время печати. Используя активное смешивание и быстро переключающиеся носики, эти новые печатающие головки изменяют вещественный состав на лету и могли проложить путь к полностью 3D напечатанным носимым устройствам, мягким роботам и электронике.Исследование было во главе с Дженнифер А. Льюис, профессором Hansjorg Wyss Биологически Вдохновленной Разработки в Школе Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ) и Основной Преподаватель в Институте Wyss Биологически Вдохновленной Разработки в Гарварде.
Работа была издана на Слушаниях Национальной академии наук (PNAS).Смешивание сложных жидкостей фундаментально для печати широкого диапазона материалов. Но большинство смесительных подходов пассивно, где два потока жидкостей сходятся в единственный канал, где они подвергаются распространяющемуся смешиванию. Этот метод работает хорошо с жидкостями низкой вязкости, но неэффективен с жидкостями высокой вязкости, как гели, особенно в маленьких объемах по коротким временным рамкам.
Чтобы обратиться к этой проблеме, новая мультиматериальная печатающая головка на основе активного смешивания была разработана Льюисом, наряду с Томасом Обером, ученым постдиссертации в Институте Wyss; и Даниэле Форести, Общество в постдокторанте Сайенса Брэнко Вайса. Активный миксер эффективно смешивает широкий спектр сложных жидкостей при помощи вращающегося рабочего колеса в носике микромасштаба.
«Пассивные смеси не гарантируют отлично смешанные материалы, особенно очень вязкие чернила», сказал Обер, первый автор газеты. «Мы развивали рациональную структуру – и проверили его экспериментально – для проектирования активных микрожидких миксеров, которые могут смешать большое разнообразие материалов».Команда использовала это знание, чтобы создать активные печатающие головки смешивания для копирования разнородных материалов в трех измерениях.Исследовательская группа продемонстрировала несколько использования их активной технологии смешивания. Они показали, что силиконовые эластомеры могут быть беспрепятственно напечатаны в архитектуру градиента, состоявшую из мягких и твердых регионов.
Эти структуры могут найти возможное применение в гибкой электронике, носимых устройствах и мягкой робототехнике. Они также напечатали реактивные материалы, такие как эпоксидные смолы с двумя частями, которые, как правило, укрепляются быстро, когда эти две части объединены.
Наконец, они показали, что проводящие и имеющие сопротивление чернила могли быть смешаны по требованию, чтобы включить электрическую схему в 3D печатных объектах.«Недавняя работа Lewis Group – значительное продвижение к области совокупного производства», сказал Кристофер Спэдэккини, директор Центра Спроектированных Материалов, Производства и Оптимизации в Lawrence Livermore National Lab. «Допуская смешивание двух очень вязких материалов на лету, обещание смешанных материальных систем с разрозненными механическими и функциональными свойствами становится намного более реалистичным.
Прежде, это было действительно только понятием. Эта работа будет основополагающей для заявлений, которые потребовали интегрированных электрических и структурных материалов».
Лаборатория Льюиса также недавно проектировала другую печатающую головку, которая может быстро переключиться между многократными чернилами в единственном носике, устранив структурные дефекты, которые часто происходят во время процесса начала-и-остановки переключающихся материалов.«Этот дизайн печатающей головки избавляет от необходимости выравнивать многократные носики, а также начало и поток чернил остановки по требованию», сказал Джеймс Хардин, первый автор недавно опубликованной работы в Продвинутых Материалах. Данная статья была создана в соавторстве Ober, научным сотрудником Александром Валентайном и Льюисом.
«Вместе, эти активное смешивание и переключение печатающих головок обеспечивают важный прогресс для мультисущественной 3D печати», сказал Льюис. «Они позволяют тому программируемо управлять обоими составами материалов и структурой в микромасштабе, открывая новые пути для создания материалов дизайном».