Door damp geïnduceerd 3D-printen opent nieuwe mogelijkheden voor toepassingen in de echte wereld

De wereld van 3D-printen blijft zich ontwikkelen in mogelijkheden en processen. Een recente studie van ingenieurs van de Universiteit van Florida, gepubliceerd in Natural Communications, duwt deze technologie nog verder. Het rapport beschrijft een nieuwe methode van damp-geïnduceerd 3D-printen die zowel economischer als duurzamer is dan de huidige methoden. Dit is wat u moet weten.

Nieuwe 3D-printmethode

De nieuwe methode, genaamd damp-geïnduceerde fase-separatie 3D-printen (VIPS-3D), belooft nieuwe mogelijkheden te bieden terwijl de kosten voor fabrikanten worden verlaagd. Deze nieuwe benadering van 3D-printen stelt fabrikanten in staat om complexere vormen te bouwen met meerdere materialen, waaronder polymeren, composieten en metalen.

De ingenieurs van de Universiteit van Florida gebruikten een nieuwe aanpak en chemicaliën om deze taken te volbrengen. Het proces begon met onderzoekers die bepaalden welk 3D-printproces ze wilden verbeteren. Er zijn verschillende methoden en materialen die in deze toepassingen worden gebruikt en de onderzoekers wilden een 3D-printmethode creëren die verschillende niveaus van poreusheid ondersteunt.

Er zijn veel toepassingsgevallen waarbij poreuze materialen cruciaal zijn. Ze zijn vaak stabieler, lichter en gebruiken minder materiaal. Daarom is deze sector van de 3D-printmarkt al lange tijd een focus van onderzoekers die de processen willen verbeteren. Zo heeft dit team van ingenieuze geesten het mogelijk gemaakt om complexe poreuze keramische en metalen vormen te printen.

Hoe VIPS-3D werkt

Het damp-geïnduceerde printproces dat deze 3D-printmethode mogelijk maakt, heet niet-oplosmiddel-geïnduceerde fase-separatie (NIPS). Het werkt door een 3D-polymeer en composietmaterialen te gebruiken om te printen. Een vernevelde niet-oplosmiddel wordt gebruikt om polymergebaseerde inkt van het geprinte object te verwijderen als onderdeel van dit proces.

Vervolgens begint het proces van het verwijderen van het laag-verdampende oplosmiddel. Het oplosmiddel wordt op een consistente manier geëxtraheerd, waardoor het materiaal gelijkmatig uithardt.  Deze stap maakt het mogelijk dat de polymeerfase begint het materiaal te verstevigen. Opmerkelijk is dat dit proces flexibeler is wat betreft materialen en vormen.

Voordelen van VIPS-3D

Deze methode van 3D-printen heeft enkele belangrijke voordelen die professionals in de industrie wensen. Ten eerste stelt het ingenieurs in staat om sleutelparameters zoals poreusheid op te schalen. Bovendien kunnen ze hun creaties ruimtelijk afstemmen, waardoor het mogelijk is om direct functionele multi-materiaalonderdelen te printen wanneer ze worden gecombineerd met meerdere materialen.

Flexibiliteit

Een ander groot voordeel is de toegevoegde flexibiliteit die VIPS-3D de markt biedt. Het proces maakt het gebruik van een enorme selectie materialen mogelijk. Ingenieurs hebben bewezen dat de methode goed werkt bij het printen van keramische en metalen onderdelen. Deze mogelijkheid maakt het mogelijk om complexe vormen te printen met meerdere materialen, inclusief materialen die keramische of metalen deeltjes gebruiken om structuur te bieden.
De aanpasbaarheid van dit proces is een enorm pluspunt dat het kan helpen sneller markttoepassingen te vinden. Het systeem stelt gebruikers in staat om de interfilament-poreusheid en de anorganische ruimtelijke houder in te stellen. Deze optie maakt het mogelijk om de printomstandigheden aan te passen. Bijvoorbeeld, u kunt ervoor kiezen om het onderdeel lichter te maken en minder materiaal te gebruiken door simpelweg de poreusheid tijdens de productie te verhogen.

Economisch

Een van de belangrijkste redenen voor de veelbesproken hype rond deze nieuwe 3D-printmethode is dat deze economischer is dan traditionele methoden. Het gebruik van organische materialen en nieuwe printmethoden verlaagt de kosten aanzienlijk.
Bovendien, doordat het project de poreusheid kan aanpassen, is er minder afval of onnodig inktgebruik. Al deze factoren dragen bij aan de winst. Voor een bedrijf dat 3D-printen als onderdeel van zijn kernbusinessmodel gebruikt, maken deze kosten een verschil.

Minder infrastructuur vereist

Het damp-3D-printproces van de onderzoekers heeft nog een extra voordeel: Het vereist veel minder infrastructuur om op te zetten, te bedienen en te onderhouden. Het gebruik van niet-oplosmiddelvloeistof maakt het mogelijk het grootste deel ervan terug te winnen. Bovendien verbruikt deze 3D-printmethode veel minder elektriciteit dan bestaande methoden. Het gebruik van het oplosmiddel maakt het mogelijk het object op zijn plaats te vergrendelen zonder elke sectie opnieuw te moeten printen. Hierdoor is het makkelijker op te zetten, te verplaatsen en te gebruiken.

Omgevingscondities

Opmerkelijk is dat deze methode van 3D-printen kan worden uitgevoerd onder normale kamertemperatuur. Dit is een groot voordeel voor degenen die bepaalde soorten polymeren en metalen willen printen die vaak warmte vereisen. VIPS-3D-printen van polymerische, metalen en composietmaterialen kan plaatsvinden onder kamertemperatuur met consistente resultaten.

Herbruikbaar

De VIPS-3D-methode introduceert een systeem voor het terugwinnen van oplosmiddelen. Dit proces maakt het mogelijk om het niet-oplosmiddel meerdere keren te hergebruiken. Na elke sessie wordt het oplosmiddel verwijderd en verzameld. Deze strategie zorgt ervoor dat het niet in het milieu terechtkomt en bespaart geld.

Duurzaam gebruik van damp-geïnduceerd printen

Een van de meest interessante aspecten van dit project is het gebruik van milieuvriendelijke vloeistoffen. Deze nieuwe 3D-printerinktopties maken gebruik van oplosbare polymergebaseerde opties die het milieu niet schaden. Daarom voorspellen velen dat 3D-printen een van de beste manieren is om de ecologische impact te verminderen.

Ingenieursteam

Opmerkelijk is dat het onderzoek professoren mechanische en lucht- en ruimtevaarttechniek, Yong Huang, Ph.D., en Marc Sole-Gras, Ph.D., omvatte. Sole-Gras is de hoofdauteur van het artikel en was een voormalige student van Dr. Huang. Het team heeft twee patenten aangevraagd en verkregen als onderdeel van hun onderzoek, waarbij het grootste deel van de financiering afkomstig is van de National Science Foundation en het Department of Energy.

Potentiële toepassingen

Er zijn veel toepassingen waarbij het 3D-printen van poreuze materialen cruciaal is voor het voltooien van een taak. Soms moet het onderdeel poreus worden gemaakt zodat het lichter is, luchtstroom mogelijk maakt of structureel sterker is. Hier zijn de belangrijkste sectoren die door deze ontwikkeling beïnvloed kunnen worden.

Gezondheidszorg

Het creëren van poreuze medische implantaten of andere nuttige gezondheidszorgproducten is een perfect voorbeeld van hoe deze technologie miljoenen mensen kan helpen beter te leven. De onderzoekers hebben al het potentieel ervan opgemerkt op het gebied van botweefselengineering.
Deze sector zou deze methode kunnen gebruiken om realistische implantaten te maken die de poreusheid van andere cellen in uw lichaam evenaren. Deze aanpak zou de impact van protheses en implantaten verminderen door ze beter te laten integreren in uw lichaam.

Biohybride robotica

Een ander gebied dat veel kan winnen uit de integratie van VIPS-3D is biohybride robots. Deze apparaten zijn gebouwd om natuurlijke mechanische processen na te bootsen of uit te breiden. U kunt denken aan robots die op mensen of andere dieren lijken. Ze kunnen zelfs organisch weefsel combineren met mechanische processen om indrukwekkende doelen te bereiken.
Biohybride robots zijn in opkomst en dat met een goede reden. Ze kunnen miljoenen mensen helpen. Er bestaan al biohybride robots die mensen helpen te praten, lopen en in de toekomst zien. De integratie van AI heeft deze industrie een boost gegeven. Nu kan VIPS-3D helpen deze apparaten lichter te maken, wat de batterijduur en draagbaarheid verbetert.

Ruimtevaart

De ruimtevaartindustrie is een ander gebied waar poreuze 3D-printmethoden floreren. Poreusheid is cruciaal bij het verminderen van gewicht en bij ruimtevaart is gewicht altijd een aandachtspunt. De nieuwe methode kan het creëren van lichtgewicht ruimtevaartproducten versnellen.
Deze 3D-printers zouden op een dag kunnen worden gebruikt om vervangende onderdelen voor een ruimtevaartuig te maken. Het vermogen om materiaalgebruik aan te passen en polymeren en metalen te integreren maakt het de ideale oplossing voor deze scenario’s.

Bedrijven die kunnen profiteren van damp-geïnduceerd printen

Er zijn veel sectoren en bedrijven die directe voordelen zullen zien van deze technologie als deze zich ontwikkelt. Van ruimtevaart tot energie en de automobielindustrie, 3D-printen groeit. Hier zijn een paar bedrijven die VIPS-3D-technologie kunnen inzetten om hun aanbod en marktpositie te verbeteren.

1. Ansys Inc

Ansys is een in de VS gevestigd software- en dienstverleningsbedrijf voor engineering simulaties dat een reputatie heeft opgebouwd als een pionierende kracht in de markt. Het bedrijf is gespecialiseerd in simulatieservices die helpen bij complexe productontwerpen. De integratie van VIPS-3D zou veel van de ontwerpproblemen waarmee haar klanten te maken hebben, kunnen verlichten.