Dartmouth College’daki araştırmacılar, 3D baskılı yapıları şekil ve renk değiştirebilen nesnelere dönüştüren akıllı bir mürekkep geliştirdiler. Yenilikçilik, hem 3D baskıya daha da fazla işlevsellik kazandırıyor hem de yeni nesil basılı malzemenin yolunu açıyor.
Form değiştiren akıllı baskı alanında (4D baskı olarak da bilinir) ilerleme, biyomedikalden enerji endüstrisine kadar uzanan alanlarda kullanım için hassas parçalara düşük maliyetli bir alternatif sunuyor.
Dartmouth’ta kimya profesörü olan Chenfeng Ke, “Bu teknik, 3D baskılı objelere hayat veriyor. Birçok 3D baskılı yapı, malzemenin moleküler özelliklerini yansıtmayan şekillerdir. Ancak bu mürekkepler, 3D baskı dünyasına işlevsel moleküller getirir. Artık akıllı objeleri çeşitli kullanımlar için yazdırabiliriz.” Dedi.
Birçok 3D baskı protokolü, ilke olarak foto-sertleştirici reçinelere dayanır. Ancak rastgele moleküler mimarilere sahip sert plastik nesnelerle sonuçlanır. Yeni süreç, tasarımcıların bir malzemede belirli moleküler hizalamalarını fonksiyonları tutmasını ve 3D baskıda kullanmak için bu yapıları dönüştürmesini sağlar.
Baskı öncesi ve baskı sonrası süreçlerinde yeni tekniklerin bir birleşimini kullanarak, araştırmacılar basılı objeleri orijinal boyutlarının yüzde 1’ine ve çözünürlüğün 10 katına indirmeyi başardılar.
3D baskılı nesneler, supramoleküler sütunlar kullanılarak tekrar tekrar genişletmek ve küçültmek için canlandırılabilir. Floresan izleyicilerle, ışık gibi bir dış uyarana karşılık olarak renk değiştirmeye yönelik nesneler yapılabilir.
İşlevsel özellikleri koruyup, çözünürlüğü artırırken yazdırma işleminden sonra bir nesnenin boyutunu küçültme olanağı, ucuz yazıcıların yalnızca çok daha karmaşık yazıcılarla mümkün olan yüksek çözünürlüklü nesneleri basmasına olanak tanır.
Alman Kimya Kurumu Dergisi, Angewandte Chemie’nin VIP kağıt olarak seçtiği araştırmaya göre, akıllı mürekkep 300 mikronluk bir çözünürlükte baskı yapabilir. Ancak son ürün daha ince bir çizgi genişliğine sahip olacaktır. Yani 30 mikron.
Yeni Yöntem
Ke, “Bu işlem, 100.000 dolarlık bir yazıcıya ihtiyaç duyulan şeyi basmak için 1000 dolarlık bir yazıcı kullanabilir. Bu teknik ölçeklenebilir, geniş çapta uyarlanabilir ve maliyetleri önemli ölçüde azaltabilir.” Dedi.
Akıllı mürekkebi yaratmak için araştırmacılar, akıllı moleküler sistemleri baskı jeline entegre eden ve işlevlerinin nanosakülden makroekale dönüşmesine izin veren polimer tabanlı bir “araç” kullanmışlardır.
Birçok malzeme 3D baskı işlemi sırasında kolayca sertleştirilirken, yeni işlem, aktif bileşenleri birbirine kilitleyen ve baskı işlemi boyunca moleküler yapının biçimini koruyan bir dizi baskı sonrası reaksiyonunu ortaya koymaktadır.
Sonuç, kendisini dönüştürmek için programlanmış bir moleküler tasarıma sahip basılı bir nesnedir. Kimyasal yakıtla birlikte verirseniz, şekil değiştirir. Üzerine bir ışık parlarsa, renk değiştirebilir.
Ke, “Bu daha önce hiç görmediğimiz bir şeydir. Sadece 3D baskı nesnelerini değil, bu nesnelerdeki molekülleri baskıdan sonra çıplak gözle görülebilecek bir seviyede yeniden düzenleyebileceğimizi söyleyebiliriz. Bu gelişme akıllı malzemelerin geliştirilmesi için büyük potansiyeli açığa çıkarabilir. “ dedi.
Araştırmacılar teknolojinin konfigürasyonlarını dinamik olarak değiştirebilen akıllı 3D sistemlerden hala uzakta olduğunu düşünürken, teknolojinin mevcut kullanım alanları hassas filtreler ve depolama cihazları basmakla sınırlı gelişebilir.
Zamanla, araştırmacılar bu sürecin ilacı sunmak veya yüksek çözünürlüklü kemik replasmanları üretmek için kullanılabilecek yeni bir makro ölçekli 3D baskılı nesneler sınıfıyla sonuçlanabileceğini umuyorlar.
Araştırmaya katılan araştırma ekibine göre: “Bu yeni yaklaşım, küçük molekül tabanlı 3D baskı malzemelerinin gelişimini başlatacak ve şu andaki kavrayışın ötesindeki akıllı malzemeler ve cihazların gelişimini büyük ölçüde hızlandıracak. “
Kısa vadede, araştırmacılar akıllı mürekkeplerin materyal kimyacılarına, 3D baskı mühendislerine ve işlevsel malzemelerin 3D baskıya dönüştürülmesine ilgi duyan diğer kişiler için yararlı olmasını bekliyorlar.
