Хотя
это выглядит небольшим и непритязательным, небольшой подъемный кран, стоящий на блюдце, в Иллинойском университете у профессора Дженнифера
Льюиса,в лаборатории, он
олицетворяет новый метод изготовления сложных трехмерных
структур для биосовместимых устройств и различных микросистем.Небольшая титановая птичка напечатана с использованием чернил на основе гидрида титана.
Команда исследователей опубликовала результаты исследования 14
апреля в онлайновом журнале Advanced Materials..
Небольшие и сложные формы, сделанные из металлов, керамики или полимеров имеют
разнообразные применения, от биомедицинских устройств до электроники
быстрого прототипирования.
Один из методов изготовления таких структур - прямой,разрабатывает
группа Льюиса.
В этом подходе, большой принтер наносит чернила,
содержащие металлические, керамические или пластмассовые частицы, чтобы
получить трехмерные структуры слой за слоем.После, структура отжигается
при высокой температуре, при этом
испаряется жидкость, содержащаяся в чернилах, частицы связываются,
оставляя твердый объект.
Однако,
поскольку при большом количестве слоев, нижние слои имеют тенденцию
оседать или
разрушаться под их собственным весом, с этой проблемой столкнулся
исследователь
Бок Ан (Bok
Yeop Ahn ), пробуя изготовить образцы из титана. Он решил попробовать
другой подход: напечатать на плоском
листе, затем свернуть его в спираль - или даже свернуть в другую форму.
Сворачивать
печатные листы оказалось, очень непросто.
"Большинство
наших чернил основано на водной основе, таким образом они сохнут быстро.
Они становятся очень жесткими и могут расколоться, когда будут
сворачиваться," говорит
Льюис, профессор материаловедения. Проблема заключается в том, чтобы найти решение, при
котором листы будут оставаться достаточно гибкими и сохранять свою свою
форму при сворачивании и отжиге.
Льюис, Ан и их исследовательская команда решили проблему,
подражая оригами, при этом бумага была частично смочена, чтобы
увеличить ее складываемость.
При использовании смеси быстро сохнущих и медленно сохнущих
растворителей в
чернилах, лист сохнет частями, но остается достаточно гибким, чтобы
многократно сворачиваться до 15 раз, в случае подъемного крана.
Исследователи работали совместно с профессором Дэвидом
Данандом (David Dunand) Северо-Западного
Университета, который вначале поделился с Льюис идеей получения чернил,
на основе гидрида титана.
"Я знал, как преобразовать гидрид в металлический титан без загрязнения
чернил, на основании исследования, проведенного в моей лаборатории,"
говорит Дананд, который сосредоточился на том, чтобы получить при отжиге
металлические титановые объекты.
Сочетание печати и методов оригами учитывает большую структурную сложность, например, стрелу подъемного крана, особенность, не воспроизводимая другими прямыми
методами
печати.
"Комбинируя
эти методы, Вы можете быстро собрать очень сложные структуры, которые
просто не
могут быть сделаны обычными методами изготовления," добавляет Льюис.
В будущем,
команда надеется расширить ассортимент оригами, чтобы включить намного
большие
и намного меньшие структуры, расширить количество основ для чернил.
Например, метод
может быть распространен на другой тип керамики или другой металл, от
стали до благородных металлов, утверждает Дананд.
Исследователи
также планируют исследовать возможные применения, включая легкие
структуры,
биомедицинские устройства, датчики и больше.
"Мы находимся только в самом начале пути," заключает
Льюис.
Physorg.com
|
