Een nieuwe methode voor 3D-printen op microschaal is voorzien van in-situ harsmenging, levering en uitwisseling, en een robotachtig materiaalreinigingssysteem om te kunnen schakelen tussen materialen met verschillende modulus, of flexibiliteit, zonder kruisbesmetting tussen eigenschappen.

De methode, genaamd multimaterial programmeerbare additieve fabricage met geïntegreerde harsafgifte, staat in het journaal Wetenschappelijke rapporten . De technologie kan nuttig zijn in verschillende toepassingen, inclusief vliegtuigvleugelconstructies, Beschermende coatings, energie absorptie, bediening, flexibel pantser, kunstmatige spieren, en microrobotica.

Xiaoyu "Rayne" Zheng, een assistent-professor werktuigbouwkunde aan het College of Engineering en lid van het Macromolecules Innovation Institute, zei dat het fabricagesysteem op microschaal kan worden opgeschaald naar centimeterniveaus en hoger.

"We gebruiken deze nieuwe techniek om materialen te maken met geprogrammeerde stijfheid, "zei Zheng. "Kortom, u kunt in 3D programmeren waar de modulus wordt verdeeld. Met deze programmering kunnen we morphing-mogelijkheden bereiken - om in verschillende richtingen uit te rekken en te vervormen."

Met normaal materiaal, uitrekken in de ene richting zorgt ervoor dat het materiaal in de tegenovergestelde richting krimpt. Het nieuwe gepatenteerde proces en ontwerp stelt ontwerpers in staat om zeer specifieke modulusverdelingen binnen een build te creëren om geprogrammeerde morphing mogelijk te maken - waarbij geprogrammeerde uitzetting of krimp kan optreden door het hele materiaallichaam.

"De techniek is een op robots gebaseerde additieve fabricage, een geïntegreerd fluïdisch systeem waarmee we verschillende inkt [hars] als grondstof kunnen leveren, "Zei Zheng. "Het proces is ook zelfreinigend, zodat er geen kruisbesmetting tussen inkten is."

Ideaal, Zheng zei, 3D-printtechnologie zou graag op een plek zijn waar een functioneel apparaat kan worden geprint met meerdere materialen zonder overmatige constructie, zoals gereedschap, lijmen, passend, of lassen.

"Om dit doel te bereiken, moeten we een reeks verschillende materiaaleigenschappen in een enkel platform plaatsen en ze verbinden. De toegevoegde mate van materiaalontwerpvrijheid stelt ons in staat om negatieve, positief-naar-nul morphing-stammen zonder de 3D-microarchitectuur van een materiaal te veranderen, ' legde Zheng uit.

Bestaande 3D-printtechnieken hebben beperkte mogelijkheden om meerdere materialen te verwerken, met de uitdaging om echt driedimensionale, complexe architecturen met resoluties op microschaal. In tegenstelling tot traditionele 3D-geprinte materialen van een vergelijkbaar basismateriaal, metamaterialen uit meerdere materialen kunnen een variërende stijfheid hebben die overal is verdeeld - van een zacht elastomeer tot een rigide bros binnen het 3D-roosterraamwerk.

"We stellen ons voor dat deze programmeerbare morphing-materiaalconcepten toepassingen zullen vinden in directionele spanningsamplificaties, bedieningen, flexibele elektronica, en het ontwerp van lichtgewicht metamaterialen met op maat gemaakte stijfheid en taaiheid, "Zei Zheng. "De nieuwe materiaalontwerpruimte die wordt geboden door snelle fabricage van ongelijksoortige materiaalbestanddelen die zijn verdeeld binnen een microroosterarchitectuur, opent nieuwe dimensies van 3D-printen van multimaterialen met een grote mate van stijfheidsvariantie."