Fabricage van 3D vrije-vormstructuren van thermoplasten met overhangende (niet-verankerde) structuren wordt met succes getoond door fused deposition modeling (FDM) en direct ink writing (DIW), maar beperkt in termen van toepasbare materialen en drukvoorwaarden. Voor het 3D-printen van freeform-structuren zijn ondersteunende materialen nodig die het printen van thermoplasten op niet-verankerde locaties mogelijk maken.

Om de moeilijkheid van fabricage in vrije vorm via op extrusie gebaseerd printen aan te pakken, het gebruik van gels met microdeeltjes als inbeddingsmedia is op grote schaal onderzocht. Dergelijke methoden worden gezamenlijk embedded 3D-printen (e3DP) genoemd.

Bij deze demonstraties de gels gedroegen zich als Bingham-kunststoffen met een lage modulus en lage vloeispanning tijdens het printen van harsen met een lage viscositeit. e3DP maakte de fabricage in vrije vorm van verschillende materialen mogelijk, zoals siliconen, hydrogels, legeringen gieten, colloïden, en hydrogels die levende cellen bevatten.

Ondanks al deze succesvolle studies, freeform fabricage van thermoplasten is niet aangetoond met e3DP. Dit komt omdat de gesmolten thermoplasten en de mondstukken typisch hoger zijn dan 100°C, en ze zijn niet compatibel met de ondersteunende media bestaande uit microdeeltjes hydrogels.

Onderzoekers van het Soft Fluidics Lab van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) ontwikkelden een eenvoudige methode om thermoplasten in 3D te printen met behulp van ingebedde media op vrije manieren, zogenaamde vrije-vorm polymeerprecipitatie (FPP).

In FPP, microdeeltjesgels als omringende media boden tegelijkertijd twee essentiële functies. De gels met microdeeltjes verschaften structurele ondersteuning aan de gedrukte inkt en induceerden de faseverandering van de gedrukte inkt via onderdompelingsprecipitatie. 3D-printen op basis van immersieprecipitatie met omringende microdeeltjes heeft de mogelijkheid van vrije fabricage van thermoplasten ontgrendeld.

De studie toonde het gebruik aan van zowel op water gebaseerde als op ethanol gebaseerde microdeeltjesgels als omringende gels waardoor het grotere aantal oplosmiddelen en polymeren in FPP kon worden gebruikt. Polymeerinkten met lage polymeerconcentraties (met lage viscositeit) en inkten met porie-inducerende middelen verleenden interne porositeit aan de gedrukte structuren.

"Onze aanpak heeft de beperking van het gebruik van microdeeltjesmedia voor de fabricage van vrijevormstructuren van thermoplasten overwonnen, Voor de eerste keer, gebruikmakend van de immersieprecipitatie van polymeerinkten in microdeeltjesgels, " zei de hoofdauteur van het artikel Dr. Rahul Karyappa van SUTD.

"FPP biedt een unieke manier om mechanisch sterke componenten te fabriceren bestaande uit thermoplasten in verschillende 3D-vormen zonder ondersteunende materialen. Dit breidt de beschikbare technologieën van additive manufacturing uit, " voegde hoofdonderzoeker toe, Universitair hoofddocent Michinao Hashimoto van SUTD.