De fabricage van complexe keramische of glasstructuren via stereolithografie, een soort 3D-printen, lang is tegengehouden door de lange tijd aan de achterkant van het proces, wat tot twee dagen kan duren. Een nieuwe techniek reduceert deze tijd nu tot minder dan vijf uur.

Stereolithografie print objecten uit CAD-bestanden uit een poeder dat in een vloeistof is gesuspendeerd. Objecten worden laag voor laag uit deze vloeistof opgebouwd door met een laser in de vloeistof-en-poedersuspensie te schijnen, wat een colloïde wordt genoemd. (Melk, bijvoorbeeld, is ook een colloïde, maar een gemaakt van melkvetten gesuspendeerd in water)

De laser zorgt ervoor dat sommige van de lichtgevoelige deeltjes samenkomen, of "verknopen, " en vormen lagen gemaakt van deeltjes die zijn ingebed in polymeren (lange ketens van moleculen) - een uithardingsproces dat "uitharding" wordt genoemd. De laser "schrijft" in feite lagen in de vloeibare suspensie, en deze lagen, op elkaar gedrukt, vormen een 3D-object bestaande uit het bindmiddel en het poeder.

Keramische of glasstereolithografie heeft het potentieel om onderdelen te fabriceren met veel nauwkeurigere en complexere geometrieën die voorheen onmogelijk waren, inclusief holle voorwerpen of voorwerpen met ingewikkelde interne structuren die het gewicht kunnen verminderen met behoud van sterkte. Een dergelijke complexiteit van keramiek en glasontwerp biedt een groot aantal nieuwe biomedische, structureel, en energiesysteemtoepassingen.

Het genezen voorwerp, "groen" genoemd zodra het is afgedrukt, wordt onderworpen aan een aantal extra fasen bij hoge temperatuur:debinding, of verwijdering van zijn bindmiddelen; en sinteren, waarin de poederdeeltjes stevig met elkaar versmolten zijn. Na debinding, het object wordt "bruin, " en het eindproduct kan worden verkregen na sinteren.

Echter, om tijdens dit proces structurele instorting te voorkomen als gevolg van de vorming van gasbellen die het sterke maar brosse keramiek of glas zouden kunnen versplinteren, debinding en sinteren worden uiterst langzaam uitgevoerd, meestal tot 48 uur duren.

"Tot nu, deze tijdrovende en kostbare beperking heeft 3D-geprinte glazen en keramische onderdelen beperkt tot zeer gespecialiseerde toepassingen, " zei Motoyuki Iijima, een technisch onderzoeker aan de Yokohama National University, wiens team een ​​nieuw colloïdrecept heeft ontwikkeld dat de tijd die nodig is voor het ontbinden en sinteren aanzienlijk verkort.

"Wat u in plaats daarvan wilt, is dichter bij de snelheid van conventionele glas- of keramiekproductie komen, maar gecombineerd met de complexiteit die wordt geboden door 3D-printen en soortgelijke additieve productieprocessen."

Het onderzoeksteam publiceerde hun bevindingen in het tijdschrift Communicatiematerialen op 20 mei.

Om hun receptconcept te bewijzen, de onderzoekers wilden transparant glas maken. Dit specifieke colloïderecept neemt silicadeeltjes (SiO ₂ ) die zijn gemodificeerd met polyethyleenimine (een soort polymeer) en oliezuur, een type vetzuur dat in veel dierlijke en plantaardige vetten of oliën voorkomt. Deze deeltjes worden vervolgens gemengd in een op alcohol gebaseerd oplosmiddel samen met een foto-initiator, het receptingrediënt dat gevoelig is voor licht en de uitharding initieert.

Cruciaal, het recept staat ook een kleinere dan normale hoeveelheid monomeren toe, de deeltjes die de verknoping uitvoeren, vergeleken met conventionele glas- en keramische stereolithografie, en stimuleert meer verknoping door andere deeltjes.

Normaal gesproken, de grote hoeveelheid monomeren vereist het langzame debinding- en sinterproces, omdat een snelle verbranding van monomeren het gas zou genereren dat de structuur van het object bedreigt. Door slechts kleine hoeveelheden monomeren in het colloïde te gebruiken, de onderzoekers slaagden erin om de debinding en sintertijd terug te brengen tot minder dan vijf uur.

Na de snelheid van dit proces voor transparant glas te hebben aangetoond, de onderzoekers willen nu het recept voor vloeibare suspensie uitbreiden, met zijn korte verwerkingstijd, op elk soort keramiek of glas.