นักวิจัยที่ Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการพิมพ์ 3 มิติโครงสร้างซิลิโคนที่แข็งแรง มีขนาดใหญ่ สูงขึ้น บางลง และมีรูพรุนมากกว่าที่เคย
หมึกซิลิโคนแบบ "บ่มเร็ว" สองส่วนของทีมสำหรับการเขียนด้วยหมึกโดยตรงนั้นผสมกันก่อนการพิมพ์และเซ็ตตัวอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้อง ทำให้พิมพ์ได้นานขึ้น ลดความซับซ้อนของกระบวนการผลิต และรับประกันว่าโครงสร้างจะไม่ยุบตัวหรือหย่อน แม้จะมีรูปร่างและการกำหนดค่าที่ซับซ้อนก็ตาม
ผลการวิจัยของพวกเขาตีพิมพ์ในนิตยสาร Advanced Materials Technologies ฉบับเดือนตุลาคม
“ยังมีวิธีการอื่นๆ สำหรับการเขียนด้วยหมึกซิลิโคนโดยตรง แต่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและสมบูรณ์แบบที่สุด” Anna G?ell Izard นักวิจัยหลังปริญญาเอกในแผนกวิศวกรรมวัสดุ (MED) และผู้เขียนคนแรกของบทความนี้กล่าว “ไม่มีอะไรต้องกังวลเพิ่มเติม คุณสามารถพิมพ์ได้เลย”
ซิลิโคนเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งรู้จักกันดีในเรื่องความยืดหยุ่น ความทนทาน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ทำให้เหมาะสำหรับวัสดุป้องกัน อุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยเฉพาะชิ้นส่วนปลูกถ่ายและอุปกรณ์เทียม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น หุ่นยนต์อ่อน และอื่นๆ การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของการผลิตแบบเติมแต่ง ทำให้วัสดุชนิดนี้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นโดยการผลิตโครงสร้างกลวงหรือมีรูพรุนที่การผลิตแบบเดิมไม่สามารถทำได้
การเขียนด้วยหมึกโดยตรง (DIW) ซึ่งวัสดุจะถูกบังคับ (อัดรีด) ผ่านหัวฉีดและวางทับแบบเลือกทีละชั้น เหมาะที่สุดสำหรับการพิมพ์วัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น ซิลิโคน อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้จำกัดอยู่เพียงการผลิตแบบระนาบที่ค่อนข้างเรียบง่าย เนื่องจากหมึกที่ทำจากซิลิโคนมีความสามารถในการรับน้ำหนักตัวเองต่ำ ทำให้ไม่สามารถพิมพ์โครงสร้างที่สูง ยื่นออกมา หรือมีผนังบางได้
เพื่อการพิมพ์ที่ประสบความสำเร็จ ความแม่นยำของเครื่องจักร คุณภาพของหัวฉีด และคุณสมบัติของหมึกจะต้องสมบูรณ์แบบ และโครงสร้างจะต้องคงความเสถียรเพียงพอที่จะรองรับน้ำหนักของตัวเองได้ตลอดการพิมพ์และการอบด้วยความร้อนในเตาอบ นอกจากนี้ การพิมพ์ยังต้องเสร็จสิ้นก่อนที่หมึกจะเริ่มแข็งตัว ซึ่งทำให้ยากต่อการอัดขึ้นรูป ทีมงานพยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้ด้วยสูตรหมึกใหม่และกระบวนการพิมพ์ที่ปรับปรุงใหม่
หมึกซิลิโคนประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (ซึ่งเร่งปฏิกิริยาเคมีให้เร็วขึ้น) และสารเชื่อมขวาง (สารที่เชื่อมโมเลกุลเข้าด้วยกันทางเคมี) ซึ่งจะค่อยๆ “เจล” เข้าด้วยกันเพื่อยึดโครงสร้าง
เช่นเดียวกับอีพอกซีสองส่วน หมึก “บ่มเร็ว” (FC) ของทีมจะแยกสารเชื่อมขวางและตัวเร่งปฏิกิริยาออกจากกันจนกระทั่งก่อนการอัดขึ้นรูป เมื่อผสมกันอย่างต่อเนื่องในขณะที่ไหลผ่านหัวฉีดในกระบวนการที่เรียกว่าการผสมแบบอินไลน์ สารเคมีจะเจลอย่างรวดเร็วและแข็งตัวทันที ทำให้ไม่ต้องมีข้อจำกัดด้านเวลาในการพิมพ์ รวมถึงไม่จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมในการทำให้วัสดุแข็งตัวหรือบ่มด้วย
“เนื่องจากหมึกถูกแยกไว้ต่างหาก คุณจึงไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับเวลาในการพิมพ์ เพราะจะไม่แข็งตัวในเข็มฉีดยา” กูเอล อิซาร์ดกล่าว “นอกจากนี้ ยังแข็งแรงกว่าด้วย เนื่องจากชั้นต่างๆ จะเกิดเจลขณะที่คุณพิมพ์ ดังนั้นโครงสร้างของคุณจะไม่เริ่มหย่อนคล้อย”
สูตร FC ช่วยให้นักวิจัยสามารถควบคุมเวลาผสมเพื่อพิมพ์เพื่อให้แห้งได้ ส่งผลให้ความสามารถในการรองรับตัวเองเพิ่มขึ้นและรักษารูปร่างได้ดีขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรพื้นฐานแบบหนึ่งส่วน หมึก FC จะมีคุณสมบัติการไหลที่คล้ายคลึงกัน และพิมพ์กองไม้ได้สองประเภท (รูปร่างทั่วไปในซิลิโคน DIW) ซึ่งคงรูปร่างไว้ได้ดีกว่าและหย่อนคล้อยน้อยกว่าประมาณครึ่งหนึ่ง
ค้นพบข้อมูลล่าสุดด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และอวกาศกับสมาชิกกว่า 100,000 คนที่พึ่งพา Phys.org เพื่อรับข้อมูลเชิงลึกทุกวัน สมัครรับจดหมายข่าวฟรีของเรา และรับข้อมูลอัปเดตเกี่ยวกับความก้าวหน้า นวัตกรรม และการวิจัยที่สำคัญทุกวันหรือทุกสัปดาห์
ด้วยความตื่นเต้นกับผลลัพธ์เหล่านี้ กูเอล อิซาร์ดและทีมงานจึง "ตื่นเต้น" กับการค้นพบและพิมพ์โครงร่างที่ไม่สามารถทำได้มาก่อนด้วยซิลิโคน เช่น โครงสร้างสูงและเรียว ส่วนยื่นแหลมและไม่มีการรองรับ และโครงตาข่ายแบบเปลือก เช่น ไจรอยด์และคิวบิกอ็อกเท็ตที่มีรูพรุน (ช่องว่างหรือช่องว่าง) สูงถึง 90%
เธอกล่าวว่า "คิวบิกอ็อกเท็ตและส่วนยื่นที่สวยงามเหล่านี้ออกมาจากเตาอบเหมือนกับที่ฉันพิมพ์ออกมา โดยที่ผนังนั้นแน่นหนาอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่โครงสร้างหมึกพื้นฐานกลับยุบตัวลง มันทำให้เรารู้สึกเหมือนกับว่าเรากำลังทำอะไรบางอย่างอยู่ เคมีมหัศจรรย์ทั้งหมดนี้ทำหน้าที่ของมันได้"
ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบขีดจำกัดของเทคโนโลยีและใช้ประโยชน์จากการตั้งค่าสองส่วนเพื่อปรับแต่งคุณสมบัติของหมึกให้เหมาะสม ตัวอย่างเช่น ทีมงานสังเกตว่าเวลาของเจลขึ้นอยู่กับปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอยู่ ดังนั้นสารเคมีอาจมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความสูงและคุณลักษณะของส่วนยื่นของโครงสร้าง นอกจากนี้ กูเอล อิซาร์ดและทีมงานยังหวังที่จะนำแนวคิดนี้ไปประยุกต์ใช้กับวัสดุอื่นๆ และเปิดโอกาสให้เกิดโครงสร้างใหม่ๆ ในวงกว้างเช่นเดียวกัน
ที่มา https://rubberworld.com/researchers-develop-fast-curing-silicone-ink-opening-new-doors-in-3d-printing/