Lasergestuurd 3D-printen voor thermohardende structuren
Met een stolling van minder dan een seconde, een resolutie van 50 micron en real-time afstemming van mechanische en elektrische eigenschappen belooft de aanpak een snellere, programmeerbare productie voor flexibele elektronica, zachte robotica, microfluïdica en biomedische apparaten.
Een onderzoeksteam van de Xiamen Universiteit (XMU) heeft een grote vooruitgang onthuld in het 3D-printen van thermohardende materialen, een sprong die de productie van flexibele elektronica, zachte robotica, biomedische steigers en meer zou kunnen hervormen.De nieuw ontwikkelde methode, beschreven in een artikel met de titel “Laser-assisted direct three-dimensional printing of free-standing thermoset devices”, integreert in situ laser-geïnduceerde stolling met direct-inktschrijven.
Dit maakt het mogelijk ingewikkelde, vrijstaande thermohardende structuren te creëren zonder enig ondersteunend materiaal, een belangrijke verbetering ten opzichte van bestaande methoden die vaak ondersteuning en vervolgens verwijdering vereisen.Tijdens het printen hardt een strak gefocusseerde laser de polymeerstraal snel uit via een sterk fotothermisch effect, waardoor verknoping in minder dan 0,25 seconde wordt veroorzaakt.Het proces bereikt een structurele resolutie zo fijn als 50 micrometer, en maakt met name real-time afstemming van materiaaleigenschappen mogelijk: mechanische modulus kan tot tienvoudig worden gewijzigd, terwijl elektrische eigenschappen tot twintigvoudig kunnen worden gemoduleerd.
Deze combinatie van snelheid, precisie en afstembaarheid markeert een significante afwijking van conventionele direct-write 3D-printbenaderingen (thermisch, akoestisch of UV-ondersteund), die vaak lijden onder een lage uithardingsefficiëntie, beperkte materiaalcompatibiliteit, beperkte afstemming van prestaties en afhankelijkheid van ondersteunende structuren.
De implicaties zijn breed.Onderzoekers zeggen dat deze “snelle, stabiele, programmeerbare productiestrategie” de ontwikkeling zou kunnen versnellen van complexe, multifunctionele thermohardende apparaten die geschikt zijn voor flexibele elektronica, microfluïdische systemen, zachte robotica, orgaan-op-chip-platforms en biomedische steigers waar ingewikkeld ook. 3D-architecturen en op maat gemaakte materiaaleigenschappen zijn vereist.In feite zou de innovatie van XMU een belangrijke barrière kunnen verlagen bij de additieve productie van op thermoharders gebaseerde apparaten: door de behoefte aan ondersteunende materialen te elimineren en on-the-fly controle over structurele en functionele eigenschappen mogelijk te maken, biedt de nieuwe methode een efficiëntere, schaalbare en veelzijdige route voor het vervaardigen van geavanceerde componenten in opkomende technologiedomeinen.