Vapor-inducerad 3D-utskrift öppnar nya möjligheter för verkliga tillämpningar

Världen för 3D-utskrift fortsätter att utvecklas i sina möjligheter och processer. En nyligen publicerad studie av ingenjörer från University of Florida i Natural Communications driver tekniken ännu längre. Rapporten beskriver en ny metod för vapor-inducerad 3D-utskrift som är både mer ekonomisk och hållbar än de nuvarande metoderna. Här är vad du behöver veta.

Ny 3D-utskriftmetod

Den nya metoden som kallas vapor-inducerad fasseparations-3D-utskrift (VIPS-3D) lovar att erbjuda nya möjligheter samtidigt som den minskar kostnaderna för tillverkare. Detta nya tillvägagångssätt för 3D-utskrift gör det möjligt för tillverkare att skapa mer komplexa former med flera material, inklusive polymerer, kompositer och metaller.

Ingenjörerna vid University of Florida använde ett nytt tillvägagångssätt och kemikalier för att utföra dessa uppgifter. Processen började med att forskarna bestämde vilken 3D-utskriftprocess som skulle förbättras. Det finns olika metoder och material som används i dessa tillämpningar och forskarna ville skapa en 3D-utskriftmetod som stödjer varierande nivåer av porositet.

Det finns många användningsområden där porösa material är avgörande. De är ofta mer stabila, lätta och använder mindre material. Därför har denna del av 3D-utskriftsmarknaden länge varit ett fokus för forskare som söker förbättra processer. Så här gjorde detta team av geniala sinnen det möjligt att skriva ut komplexa porösa keramik- och metallformer.

Hur VIPS-3D fungerar

Den vapor-inducerade utskriftsprocessen som möjliggör denna 3D-utskriftmetod kallas icke-lösningsmedelsinducerad fasseparering (NIPS). Den fungerar genom att använda 3D-polymerer och kompositmaterial för utskrift. Ett nebuliserat icke-lösningsmedel används för att lösa upp polymerbaserad bläck från det utskrivna föremålet som en del av processen.

Därefter påbörjas processen för borttagning av låg‑flyktigt lösningsmedel. Lösningsmedlet extraheras på ett konsekvent sätt som härdar materialet jämnt.  Detta steg gör det möjligt för den polymeriska fasen att börja stelna materialet. Noterbart är att denna process är mer flexibel när det gäller material och former.

VIPS-3D-fördelar

Denna 3D-utskriftsmetod har några stora fördelar som branschprofessionella efterfrågar. För det första gör den det möjligt för ingenjörer att skala viktiga faktorer såsom porositet. Dessutom kan de finjustera sina skapelser i rymden, vilket möjliggör direkt utskrift av funktionella flermaterialdelar när de kombineras med flera material.

Flexibilitet

En annan stor fördel är den ökade flexibiliteten som VIPS-3D ger marknaden. Processen möjliggör användning av ett enormt urval av material. Ingenjörer har bevisat att metoden fungerar bra för utskrift av keramik- och metallföremål. Denna kapacitet gör det möjligt att skriva ut komplexa former med flera material, inklusive sådana som utnyttjar keramiska eller metalliska partiklar för att ge struktur.
Justeringen av denna process är en stor fördel som kan hjälpa den att snabbare hitta marknadsanvändningsfall. Systemet gör det möjligt för användare att ställa in interfilamentporositet och den oorganiska rymdhållaren. Detta alternativ låter dig justera utskriftsförhållandena. Till exempel kan du välja att göra föremålet lättare och använda mindre material genom att öka dess porositet under tillverkningen.

Ekonomiskt

En av huvudorsakerna till den stora uppståndelsen kring denna nya 3D-utskriftsmetod är att den är mer ekonomisk än traditionella metoder. Användningen av organiska material och nya utskriftsmetoder minskar kostnaderna avsevärt.
Dessutom, eftersom projektet kan justera porositeten, blir avfallet eller onödig bläckanvändning mindre. Alla dessa faktorer bidrar till resultatet. För ett företag som förlitar sig på 3D-utskrift som en del av sin kärnaffärsmodell gör dessa kostnadsbesparingar skillnad.

Mindre infrastruktur krävs

Forskarnas vapor‑3D‑utskriftsprocess har ytterligare en fördel: den kräver mycket mindre infrastruktur för att installeras, drivas och underhållas. Användningen av icke‑lösningsmedelsvätska möjliggör att majoriteten kan återvinnas. Dessutom använder denna 3D‑utskriftsmetod mycket mindre el än befintliga metoder. Användningen av lösningsmedlet gör att föremålet kan låsas på plats utan att behöva skriva om varje sektion. På så sätt är den enklare att installera, flytta och använda.

Rumsförhållanden

Anmärkningsvärt är att denna 3D‑utskriftsmetod kan utföras under vanliga rumsförhållanden. Detta är en stor fördel för dem som vill skriva ut vissa typer av polymerer och metaller som ofta kräver värme. VIPS-3D‑utskrift av polymeriska, metalliska och kompositmaterial kan ske i rumstemperatur med konsekventa resultat.

Återanvändbar

VIPS-3D‑metoden introducerar ett återvinningssystem för lösningsmedel. Denna process möjliggör återanvändning av icke‑lösningsmedlet flera gånger. Efter varje session avlägsnas och samlas lösningsmedlet in. Denna strategi säkerställer att det inte hamnar i miljön och sparar pengar.

Hållbar användning av vapor‑inducerad utskrift

En av de mest spännande aspekterna av detta projekt är användningen av miljövänliga vätskor. Dessa nya 3D‑skrivarbläckalternativ utnyttjar lösliga polymerbaserade lösningar som inte skadar miljön. Därför förutspår många att 3D‑utskrift blir ett av de bästa sätten att minska miljöpåverkan.

Ingenjörsteam

Anmärkningsvärt inkluderade forskningen professorerna i maskin- och rymdteknik Yong Huang, Ph.D., och Marc Sole-Gras, Ph.D. Sole-Gras är huvudförfattare till artikeln och var tidigare student till Dr. Huang. Teamet har ansökt om och erhållit två patent som en del av sin forskning, där majoriteten av finansieringen kommer från National Science Foundation och Department of Energy.

Potentiella tillämpningar

Det finns många tillämpningar där 3D‑utskrift av porösa material är avgörande för att slutföra en uppgift. Ibland måste föremålet göras poröst för att bli lättare, möjliggöra luftflöde eller vara mer strukturellt hållbart. Här är de viktigaste branscherna som denna utveckling kan påverka

Hälsovård

Skapandet av porösa medicinska implantat eller andra hjälpsamma hälsovårdsprodukter är ett perfekt exempel på hur denna teknik kan hjälpa miljontals människor att leva bättre liv. Forskarnas har redan påpekat dess potential inom benvävnads‑engineering.
Denna sektor kan se metoden användas för att skapa realistiska implantat som matchar porositeten hos andra celler i kroppen. Detta tillvägagångssätt skulle minska påverkan av proteser och implantat genom att möjliggöra bättre integration i kroppen.

Biohybrida robotar

Ett annat område som har mycket att vinna på integrationen av VIPS-3D är biohybrida robotar. Dessa enheter är byggda för att efterlikna eller utöka naturliga mekaniska processer. Man kan tänka sig robotar som liknar människor eller andra djur. De kan till och med förena organisk vävnad med mekaniska processer för att uppnå imponerande mål.
Biohybrida robotar ökar i antal och med goda skäl. De kan hjälpa miljontals människor. Det finns redan biohybrida robotar som hjälper människor att tala, gå och i framtiden se. Integration av AI har stärkt denna industri. Nu kan VIPS-3D hjälpa till att göra dessa enheter lättare, vilket förbättrar batteritiden och bärbarheten.

Luft- och rymdteknik

Luft- och rymdteknik är ett annat område där porösa 3D‑utskriftsmetoder frodas. Porositet är avgörande vid viktreducering och när man diskuterar rymdteknik är vikten alltid i fokus. Den nya metoden kan effektivisera skapandet av lätta rymdprodukter i farten.
Dessa 3D‑skrivare kan en dag användas för att skapa reservdelar till ett rymdskepp. Förmågan att anpassa materialanvändning och integrera polymerer och metaller gör den till den ideala lösningen för dessa scenarier.

Företag som kan dra nytta av vapor‑inducerad utskrift

Det finns många industrier och företag som kommer att se direkta fördelar av denna teknik om den får fäste. Från luft‑ och rymdteknik till energi och fordonsindustri ökar 3D‑utskrift. Här är ett par företag som kan utnyttja VIPS-3D‑teknik för att förbättra sina erbjudanden och marknadsposition.

1. Ansys Inc

Ansys är ett amerikanskt företag som tillhandahåller ingenjörssimuleringsprogramvara och tjänster och har byggt upp ett rykte som en banbrytande kraft på marknaden. Företaget specialiserar sig på simulerings tjänster som hjälper till med komplexa produktdesigner. Integration av VIPS-3D kan hjälpa till att lindra många av de designutmaningar som deras kunder möter.