Исследователи разработали уникальный метод изготовления трехмерных пористых структур
Материалы с контролируемой пористостью нашли различные применения в разделении, катализе, хранении энергии, датчиках и исполнительных механизмах, тканевой инженерии и доставке лекарств. Множество методов было разработано для изготовления четко определенных пористых материалов с размерами пор от нанометров до миллиметров. Например, введение жертвенных шаблонов может придать пористость материалам, инкапсулирующим их после удаления встроенных материалов. В качестве альтернативы, процедуры, включающие разделение фаз, прямые шаблоны и химические реакции, продемонстрировали изготовление иерархических пористых структур. Эти способы по своей природе требуют нескольких этапов и ограничены достижимой сложностью изготовленных конструкций.
Последние достижения в области цифрового изготовления, представленные 3-D печатью, позволили изготавливать пористые 3-D структуры, состоящие из полимерных материалов с пористостью, но ограниченные материалами, применимыми к процессу. Например, трехмерная печать методом литья растворителем (SC3DP) - прямая трехмерная печать полимерных чернил с испарением растворителей in situ - позволила изготовить трехмерные пористые структуры с жесткими требованиями к реологическим свойствам печатной краски ( например, высокая вязкость и высокое давление пара).
Исследователи из лаборатории Soft Fluidics Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) разработали новый метод 3-D печати для изготовления 3-D пористых моделей за один этап, который был назван 3-D печатью методом иммерсионного осаждения (ip3DP). В недавно разработанном подходе чернила, содержащие полимеры, были непосредственно напечатаны в ванне с нерастворителем, и печатные чернила быстро затвердели за счет погружения в воду. Самопроизвольное отверждение путем погружения в осадок приводило к образованию пористости в микро-нано-масштабах. Пористость трехмерных печатных объектов легко контролируется концентрациями полимеров и добавок, а также типами растворителей. Более широкий выбор растворителей позволял печатать более широкий спектр термопластов. Чтобы подчеркнуть эту возможность, было продемонстрировано изготовление моделей сантиметрового масштаба из 13 полимеров, растворенных в шести растворителях.
«Эта работа является первой демонстрацией трехмерного контролируемого атмосферного осаждения на основе цифрового осаждения материалов», - говорит ведущий автор статьи доктор Рахул Каряппа.
Главный исследователь, доцент Мичинао Хасимото заявил, что «широкий выбор материалов для печати и возможность адаптировать их морфологию и свойства делают ip3DP новым подходом к трехмерной печати для изготовления функциональных структур».