Великі наукові прориви часто вимагають винаходів у найменшому масштабі. Прогрес у тканинній інженерії, який допоможе замінити серце та легені, вимагатиме виготовлення штучних тканин, які забезпечуватимуть потік крові через канали, товщина яких не перевищуватимете пасмо волосся. Подібним чином мініатюрні робототехнічні пристрої, які безпечно та комфортно фізично взаємодіють з людьми, вимагатимуть виготовлення компонентів зі складною мережею невеликих каналів потоку рідини та повітря.

Удосконалення 3D-друку дозволяють створювати такі крихітні конструкції. Але для тих застосувань, які потребують дуже маленьких гладких внутрішніх каналів у конкретній складній геометрії, проблеми залишаються. Тривимірний друк цих геометрій за допомогою традиційних процесів вимагає використання опорних структур, які важко видалити після друку. Друк цих моделей за допомогою методів на основі шарів із високою роздільною здатністю займає багато часу та погіршує геометричну точність.

Аспірантам та професорам Університету Карнегі-Меллона (Пенсильванія, США) нещодавно вдалося надрукувати на 3D-принтері мікро-деталі з льоду. Планується, що ці деталі використовуватимуться як шаблони, що дозволять створювати внутрішні канали з найвищою точністю. За допомогою процесу 3D-друку льодом дослідники сподіваються розробити корисні програми для медичної інженерії, виробництва та навіть мистецтва.

Насправді, дуже нечасто можна зустріти інновації з використанням води як матеріалу для друку. Дослідники обрали воду завдяки її біосумісності та здатності швидко й легко перетворюватися на лід. Будучи найпоширенішою речовиною на земній поверхні та основною будівельною речовиною будь-якого живого організму, вода надзвичайно добре підходить для використання в біоінженерних цілях. Простий і швидкий перехід води в лід відкриває захоплюючі можливості для використання води як екологічно чистого матеріалу.

Процес 3D-друку льоду включає, наприклад, осідання крапель води на холодну платформу для друку з постійною температурою – 35°C, що дозволяє воді надзвичайно швидко перетворюватися на лід. Знадобився певний час та велика кількість спроб, перш ніж дослідники знайшли правильну траєкторію друку, швидкість руху сопла та частоту осадження крапель для створення гладких деталей з чітко визначеною геометрією і відтворюваним результатом. Процес дозволяє друкувати розгалужену геометрію з гладкими поверхнями та безперервними варіаціями діаметра з плавними переходами.

Звичайно, недоліком використання льоду стало дуже складне визначення параметрів 3D-друку. Але після кількох випробувань дослідники змогли створити кілька виробів у мікроскопічному розмірі. Використовуючи цей процес 3D-друку льодом, стане можливим виготовляти шаблони мікро-розміру з гладкими стінками та розгалуженими структурами з плавними переходами. Такі шаблони можна використовувати для виготовлення складних кінцевих мікро-деталей з чітко визначеними внутрішніми пустотами.

Дослідники називають це друком «навиворіт» або зворотним формуванням. Зокрема, конструкції можна занурити в охолоджену смолу у вигляді рідини або гелю. Після затвердіння матеріалу, воду можна буде легко видалити з деталі, розтопивши лід або перетворивши його на водяну пару.

Команда дослідників робить висновок, що цей підхід має величезний потенціал для революції в тканинній інженерії та інших галузях, де потрібні мініатюрні деталі зі складними каналами.


Не пропукайте останні новини та акційні пропозиції.
Підпишіться на нашу розсилку!