Fragen und Antworten:Flüssig-Feststoff-Co-Printing kompletter funktionaler Systeme

Professor Robert MacCurdy und sein Team an der University of Colorado in Boulder haben ein Verfahren zum Drucken von 3D-Strukturen unter gleichzeitiger Verwendung verschiedener Materialien, einschließlich Flüssigkeiten und Feststoffen, entwickelt und charakterisiert, um vollständige Funktionssysteme herzustellen, nicht nur einzelne Komponenten.

Technische Informationen: Was hat Sie zu diesem Projekt veranlasst?

Professor Robert MacCurdy: Mein Hintergrund liegt in der Robotik, und ich war zu Beginn meiner Doktorarbeit sehr aufgeregt, als ich versuchte, über Möglichkeiten nachzudenken, wie wir das Design und die Herstellung von Robotern automatisieren könnten – das ist immer noch die zentrale Motivation meiner Arbeit. P>

Mein Ziel ist es, Werkzeuge zu entwickeln, die es menschlichen Designern ermöglichen, sehr schnell auf neue Anforderungen zu reagieren und sehr schnell zu entwerfen und dann Roboter für diese Anforderungen herzustellen.

Technische Informationen: Können Sie uns mehr über den Prozess erzählen?

MacCurdy: Typischerweise werden alle Tintenstrahltinten als Flüssigkeit abgeschieden und dann Wärme oder Licht ausgesetzt und sie gehen in einen Feststoff über. Aber wenn wir auch Materialien einbeziehen, die dauerhaft flüssig bleiben, können wir die Flüssigkeit als Stützmaterial verwenden.

Wir haben drei verschiedene Szenarien, basierend auf den zwei verschiedenen Materialien, die wir in Betracht ziehen. Wenn eines der Materialien schwimmfähiger ist als das andere, trennen sie sich wie Wasser und Öl. Wenn es Unterschiede in der Oberflächenspannung zwischen den beiden Materialien gibt, würde das obere Tröpfchen, das sonst durch das untere fallen würde, durch seine Oberflächenspannung an der Grenzfläche gehalten.

Und schließlich, selbst wenn die Dichte falsch ist und selbst wenn die Oberflächenspannung falsch ist, wenn Sie es schnell genug photopolymerisieren können, damit es von einer Flüssigkeit in einen Feststoff übergeht, während es noch an der Oberfläche ist und Sie andere Tröpfchen daneben haben , sie sind auch photopolymerisierend. Dann könnten Sie möglicherweise physische Strukturen schaffen, die an Ort und Stelle arretiert sind und nicht weiter durch die Flüssigkeit absinken.

Dadurch können wir Strukturen drucken, zum Beispiel Spiralen, die mit bestehenden Trägermaterialien nicht zu reinigen wären. Die Inkjet-Methode erfordert Stützmaterial, aber schließlich müssen Sie es entfernen.

Bestehende Stützmaterialien sind jedoch ziemlich schwierig aus Kanälen in der Art von komplizierter spiralförmiger und kapillarartiger Struktur zu entfernen, die wir in unserem Labor geschaffen haben. Da das Trägermaterial in unserem Verfahren eine so niedrige Viskosität hat, fließt es leicht aus allen Kanälen mit einem kleinen Flüssigkeitsstrom.

Wir drucken den Feststoff und die Flüssigkeit gleichzeitig. Es ist also alles einsatzbereit, sobald Sie das Trägermaterial abgewaschen haben.

Technische Informationen: Ist das, woran Sie arbeiten, so etwas wie die grundlegenden Schrauben und Muttern, die verwendet werden könnten, um Dinge in der Zukunft zu bauen?

MacCurdy: Das ist richtig – wir möchten der Palette des Malers weitere Farben hinzufügen. Und Flüssigkeit ist wichtig, weil sie Vorteile bietet, die das Hinzufügen einer anderen Farbe eines Feststoffs nicht unbedingt helfen würde.

Wir werden mit dem Thema Roboter fortfahren, aber die verschiedenen Arten von Strukturen, die wir herstellen können, erforschen und erweitern.

Eine bearbeitete Version dieses Interviews erschien in der Juni-Ausgabe 2022 der Tech Briefs .