In een ontwikkeling die een grote belofte biedt voor additieve productie, Onderzoekers van Princeton University hebben een methode ontwikkeld om met behulp van een vloeistofstraal nauwkeurig druppeltjes te maken. De techniek stelt fabrikanten in staat om snel materiaaldruppels te genereren, hun grootte nauwkeurig regelen en ze in een 3D-ruimte lokaliseren.

Hoewel zowel 3D-printers als traditionele fabrikanten al druppeltjes gebruiken om zorgvuldig materiaal aan hun producten toe te voegen, de nieuwe jetmethode biedt meer flexibiliteit en precisie dan standaardtechnieken, aldus de onderzoekers. Bijvoorbeeld, het leveren van druppeltjes met jets maakt extreem kleine afmetingen mogelijk en stelt ontwerpers in staat druppelgroottes te veranderen, vormen en verspreiding, evenals patronen van druppeltjes, op de vlucht.

"Een belangrijk aspect is de eenvoud van de methode, " zei Pierre-Thomas Brun, een assistent-professor chemische en biologische technologie aan Princeton en de hoofdonderzoeker. "Je tekent iets op de computer, en je kunt het creëren."

In een artikel gepubliceerd op 28 oktober in de Proceedings van de National Academy of Sciences , de onderzoekers beschrijven hoe de verspreiding van druppels uit een dunne vloeistofstraal kan worden gecontroleerd. Ze waren in staat om gekalibreerde druppeltjes glycerine in een vloeibaar polymeer te injecteren om plaatsing over drie dimensies aan te tonen - een belangrijke vereiste voor productie. Door het polymeer uit te harden, de onderzoekers waren in staat om de druppeltjes op de gewenste locaties aan te brengen. Hoewel de onderzoekers glycerine gebruikten voor het experiment, ze zeiden dat de methode zou werken met een breed scala aan stoffen die vaak worden gebruikt bij productie en onderzoek.

De methode is schaalbaar en kan worden aangepast om te werken met een breed scala aan printpatronen, aldus de onderzoekers. De jets kunnen worden bestuurd om druppels in lijnen of in sinusvormige golfpatronen te verspreiden, het creëren van flexibiliteit in gefabriceerde vormen.

De onderzoekers zeiden dat de techniek kan worden toegepast op toepassingen, waaronder het maken van biomedische steigers, akoestische materialen en bioreactoren, evenals standaard 3D-productie.

De onderzoekers zeiden dat de methode ontwerpers ook ontlast van de noodzaak om hun machines voortdurend aan te passen en te verfijnen om verschillende vormen en maten te creëren. Omdat de wiskunde de verspreiding van de druppels regelt, het is gemakkelijk om wijzigingen aan te brengen om aan de vereisten van een project te voldoen.

"Onze aanpak is robuust in die zin dat we alleen de straal tekenen en de druppels zichzelf rangschikken, "Zei Brun. "Ik denk dat het gemakkelijker en misschien veelzijdiger is dan de huidige methoden."

Het artikel "Unbounded microfluidics:Rayleigh-Plateau instability of a viskeuze straal in een viskeus bad" werd gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .