Výzkumníci z Lawrence Livermore National Laboratory vyvinuli novou metodu 3D tisku robustních silikonových struktur, které jsou větší, vyšší, tenčí a poréznější, než bylo dosažitelné stávajícími postupy.
Dvousložkový inkoust na bázi silikonu se smíchá těsně před tiskem a rychle tuhne při pokojové teplotě, což zjednodušuje výrobní proces a zajišťuje, že se struktury nezhroutí ani neprohnou, a to ani ve složitých tvarech a konfiguracích.
Silikony jsou je široce používané polymery známé svou pružností, odolností a biokompatibilitou, takže takový materiál je ideální pro ochranné pomůcky, biomedicínské přístroje – zejména implantáty a protézy – ohebnou elektroniku a roboty a další.
Přímý tisk inkoustem (DIW, Direct ink writing) – kdy je materiál vytlačován tryskou a selektivně nanášen vrstvu po vrstvě – funguje nejlépe právě pro tisk vysoce viskózních materiálů, jako je silikon. Přesto tato technika byla dosud omezena pouze na výrobu relativně jednoduchých, rovinných konstrukcí, a to kvůli nízkým samonosným schopnostem „inkoustů“ na bázi silikonu, což znemožňuje tisknout vysoké, převislé nebo tenkostěnné struktury.
K úspěšnému tisku je rovněž zapotřebí dokonalá přesnost stroje, kvalita trysek a vlastnosti inkoustu a struktury musí zůstat dostatečně stabilní, aby udržely svou vlastní hmotnost po celou dobu tisku a tepelného vytvrzování v peci. Tisk musí také skončit dříve, než začne inkoust tuhnout, což ztěžuje jeho vytlačování. Tým se snažil tyto problémy vyřešit pomocí nového složení inkoustu a zdokonaleného procesu tisku. Nový silikonový inkoust obsahují katalyzátor (který urychluje chemickou reakci) a „síťovadlo“ (látka, která chemicky spojuje molekuly), které pomalu „gelují“ a spojují struktury.
Stejně jako u dvousložkového epoxidu jsou síťovadlo a katalyzátor odděleny až do doby těsně před tiskem (vytlačováním), kdy se průběžně mísí při průtoku tryskou (inline mixing). Chemikálie pak rychle želírují a ihned tuhnou, čímž se eliminují časová omezení tisku i potřeba dalších kroků k vytvrzení materiálu.
„Vzhledem k tomu, že inkoust je uchováván odděleně, nemusíte se obávat o dobu tisku, protože v injekčních stříkačkách neztuhne,“ uvádí spoluautor studie Güell Izard. „Výsledek je také pevnější, protože vrstvy během tisku tuhnou, takže se struktura nezačne prohýbat.“
Dalšími kroky má být testování hranic technologie a doladění vlastností inkoustu. Například doba gelování závisí na množství přítomného katalyzátoru, takže toto množství může hrát důležitou roli při určování výšky struktury a přesahujících prvků.
Anna Guell Izard et al, Novel Fast Cure Silicone Inks for Single‐Step, Support‐Free 3D Printing of Tall, Overhanging, and High Aspect Ratio Structures, Advanced Materials Technologies (2024). DOI: 10.1002/admt.202400423
Zdroj: Lawrence Livermore National Laboratory / Phys.org, přeloženo / zkráceno
