Учёные Британии разработали новый процесс создания гели для 3D-печати с различными функциональными свойствами. Он использует тепло для изменения расположения молекулярных колец в химической цепи.
Сообщается, что исследователи описывают новый процесс как “кинетический захват.” Молекулярные пробки — или лежачие полицейские — регулируют количество колец, входящих в полимерную цепь, а также контролируют распределение колец. Когда кольца сгруппированы, они накапливают кинетическую энергию, которая может быть высвобождена, подобно тому, как при отпускании сжатой пружины.
Учёные из Группы функциональных материалов Ke применяют тепло для изменения распределения колец, а затем используют влагу для активации различных форм печатного объекта.
Новый процесс печати объектов с различной механической прочностью с использованием одной краски может заменить дорогостоящую, и трудоемкую необходимость применять нескольких чернил для печати объектов с различными свойствами.
“Новый метод использует тепло для получения и управления 3D-чернилами с различными свойствами, – рассказывает Чэньфэн Кэ, доцент химии и старший научный сотрудник исследования. – Это процесс, который может сделать 3D-печать сложных объектов проще и дешевле”.
Известно, что наиболее распространенные 3D-печатные краски имеют однородный молекулярный состав, что приводит к получению печатных объектов с одним свойством, таким как желаемая жесткость или эластичность. Печать объекта с несколькими свойствами требует энергозатратного и трудоемкого процесса подготовки различных чернил, предназначенных для работы.
Введя молекулярный “лежачий полицейский”, исследователи создали чернила, которые изменяют распределение молекулярных колец во времени. Неровные кольца также превращают материал из порошка в гель для 3D – печати.
“Этот метод позволил нам использовать температуру для создания сложных форм и сделать их острыми при различных уровнях влажности”, – сообщает Цяньмин Линь, аспирант-исследователь из Дартмута и первый автор исследования.
В исследовании, опубликованном в журнале Chem, изучаются энергетические “метастабильные” состояния молекулярных структур, состоящих из циклодекстрина и полиэтиленгликоля – веществ, обычно используемых в качестве пищевых добавок и смягчителей стула. Установив лежачие полицейские на полиэтиленгликоль, 3D-печатные объекты становятся приводами, которые реагируют на влагу, чтобы изменить форму.
По мнению исследовательской группы, будущие усилия по усовершенствованию молекулы позволят точно контролировать множество метастабильных состояний, что позволит печатать “быстро реагирующие приводы” и мягкие роботы, использующие устойчивые источники энергии, такие как изменение влажности.
Полученные печатные объекты могут быть использованы для медицинских устройств или в промышленных процессах.
