Het is nu mogelijk om extreem stroperige materialen in 3D te printen, met de consistentie van klei of koekjesdeeg met fijne precisie, dankzij het werk aan de Purdue University. Deze ontwikkeling kan binnenkort de creatie van op maat gemaakte keramiek mogelijk maken, solide raketten, geneesmiddelen, biomedische implantaten, levensmiddelen, en meer.

"Het is heel opwindend dat we materialen kunnen printen met consistenties die niemand heeft kunnen printen." zegt Emre Gunduz, assistent-onderzoeksprofessor aan de School of Mechanical Engineering. "We kunnen verschillende texturen van voedsel 3D printen; biomedische implantaten, zoals tandkronen van keramiek, kan aangepast worden. Apotheken kunnen gepersonaliseerde medicijnen 3D printen, dus een persoon hoeft maar één pil te nemen, in plaats van 10."

Door ultrasone trillingen met hoge amplitude toe te passen op het mondstuk van de 3D-printer zelf, het Purdue-team was in staat om een ​​probleem op te lossen waar fabrikanten al jaren last van hebben.

De meeste voorgestelde oplossingen voor dit probleem betreffen het veranderen van de samenstelling van de materialen zelf, maar het Purdue-team koos een heel andere aanpak.

"We ontdekten dat door het mondstuk op een heel specifieke manier te laten trillen, we kunnen de wrijving op de mondstukwanden verminderen, en het materiaal sijpelt er gewoon doorheen, ' zegt Gunduz.

Het Purdue-team heeft items kunnen printen met een precisie van 100 micron, wat beter is dan de meeste 3D-printers op consumentenniveau, met behoud van hoge afdruksnelheden.

"De meest voorkomende vorm van 3D-printen is thermoplastische extrusie, "zegt Gunduz. "Dat is meestal goed genoeg voor prototypes, maar voor daadwerkelijke fabricage, u moet materialen met een hoge sterkte gebruiken, zoals keramiek of metaalcomposieten met een grote fractie vaste deeltjes. De voorlopers van deze materialen zijn extreem stroperig, en normale 3D-printers kunnen ze niet deponeren, omdat ze niet door een klein mondstuk kunnen worden geduwd."

Het is moeilijk om het 3D-printproces te visualiseren, omdat de gebruikte materialen ondoorzichtig zijn en de oppervlakken in het mondstuk verborgen zijn. Dus het team reisde naar Argonne National Laboratory, buiten Chicago, om high-speed microscopische röntgenbeeldvorming uit te voeren. Ze konden voor het eerst in het mondstuk kijken en de stroom van het kleiachtige materiaal nauwkeurig meten.

"De resultaten waren echt opvallend, ", zegt Gunduz. "Niemand heeft ooit een stroperige stroom door een kanaal op deze manier gekarakteriseerd. We waren in staat om de stroom te kwantificeren, en begrijpen hoe onze methode echt werkte."

Het onderzoek wordt uitgevoerd in Purdue's Zucrow Labs, het grootste academische voortstuwingslab ter wereld. Als zodanig, de eerste praktische toepassing die wordt onderzocht, is voor vaste raketbrandstof.

"Vaste stuwstoffen beginnen erg stroperig, zoals de consistentie van koekjesdeeg, " zegt Monique McClain, een doctoraat kandidaat in Purdue's School of Aeronautics and Astronautics. "Het is erg moeilijk om af te drukken omdat het na verloop van tijd uithardt, en het is ook erg gevoelig voor temperatuur. Maar met deze methode we waren zelfs in staat om strengen vast drijfgas te printen die vergelijkbaar brandden met traditioneel gegoten methoden."

McClain testte de verbranding door monsters van twee centimeter te printen, ontsteken in een hogedrukvat (maximaal 1, 000 pond per vierkante inch) en het analyseren van slow-motionvideo van de brandwond.

Voor vaste raketbrandstoffen, 3D-printen biedt de mogelijkheid om de geometrie van een raket aan te passen en de verbranding ervan aan te passen. "Misschien willen we bepaalde onderdelen sneller of langzamer laten branden, of iets dat in het midden sneller brandt dan aan de buitenkant, " zegt McClain. "We kunnen dit veel nauwkeuriger maken met deze 3D-printmethode."