Detaily článku

Nový způsob 3D tisku

Inženýři ze Stanfordu a Harvardu položili základy nového systému pro 3D tisk, který nevyžaduje, aby byl objekt vytištěn zdola nahoru.

Figurka lodi vyrobená novým procesem 3D tisku, který umožňuje vytisknout objekt v objemu pryskyřice - jako figurku plovoucí uprostřed bloku želé - místo toho, aby bylo nutné objekt vytvářet vrstvu po vrstvě.

Přestože techniky 3D tisku v posledním desetiletí výrazně pokročily, tato technologie se stále potýká se zásadním omezením: objekty se musí vytvářet vrstvu po vrstvě. Ale co kdyby nemusely být?

Datum: 2.5.2022

3D tisk

Přestože techniky 3D tisku v posledním desetiletí výrazně pokročily, tato technologie se stále potýká se zásadním omezením: objekty se musí vytvářet vrstvu po vrstvě. Ale co kdyby nemusely být?

Dan Congreve, odborný asistent elektrotechniky na Stanfordu a bývalý člen Rowlandova institutu na Harvardově univerzitě, a jeho kolegové vyvinuli způsob, jak tisknout 3D objekty ve stacionárním objemu pryskyřice. Vytištěný objekt je plně podepřen hustou pryskyřicí - představte si figurku vznášející se uprostřed bloku želé - takže ji lze přidávat z jakéhokoli úhlu. Tím odpadá potřeba podpůrných konstrukcí, které jsou obvykle nutné pro vytváření složitých návrhů pomocí standardnějších metod tisku. Nový systém 3D tisku, který byl nedávno publikován v časopise Nature, by mohl usnadnit tisk stále složitějších návrhů a zároveň ušetřit čas a materiál.

"Možnost tohoto objemového tisku umožňuje tisknout objekty, které byly dříve velmi obtížné," řekl Congreve. "Je to velmi vzrušující příležitost pro trojrozměrný tisk do budoucna."

Tisk pomocí světla

Na první pohled se zdá, že tato technika je poměrně jednoduchá: Vědci zaostřili laser přes čočku a posvítili na želatinovou pryskyřici, která po vystavení modrému světlu ztvrdne. Congreve a jeho kolegové však nemohli jednoduše použít modrý laser - pryskyřice by vytvrzovala po celé délce paprsku. Místo toho použili červené světlo a několik chytře navržených nanomateriálů rozptýlených po celé pryskyřici, aby vytvořili modré světlo pouze v přesném ohnisku laseru. Posouváním laseru po nádobě s pryskyřicí se jim podařilo vytvořit detailní výtisky bez podpěr.

Congreveova laboratoř se specializuje na konverzi jedné vlnové délky světla na jinou pomocí metody zvané tripletová fúzní upkonverze. Se správnými molekulami ve vzájemné blízkosti mohou výzkumníci vytvořit řetězec přenosů energie, který například změní nízkoenergetické červené fotony na vysokoenergetické modré.

"O tuto techniku upkonverze jsem se začal zajímat už na škole," řekl Congreve. "Má nejrůznější zajímavé aplikace v solární technice, biologii a nyní i v 3D tisku. Naší skutečnou specialitou jsou samotné nanomateriály - jejich konstrukce tak, aby vyzařovaly správnou vlnovou délku světla, aby ho vyzařovaly efektivně a aby byly rozptýleny v pryskyřici."

Prostřednictvím řady kroků (které zahrnovaly i to, že některé z jejich materiálů byly roztočeny v mixéru Vitamix) se Congrevovi a jeho kolegům podařilo zformovat potřebné upkonverzní molekuly do samostatných kapiček v nanoměřítku a obalit je ochranným obalem z oxidu křemičitého. Výsledné nanokapsle, z nichž každá je tisíckrát menší než šířka lidského vlasu, pak rozmístili po celé pryskyřici.

"Přijít na to, jak zajistit odolnost nanokapslí, nebylo triviální - pryskyřice pro 3D tisk je ve skutečnosti dost drsná," uvedla Tracy Schloemerová, postdoktorandka v Congrevově laboratoři a jedna z hlavních autorek článku. "A pokud se tyto nanokapsle začnou rozpadat, schopnost provádět upkonverzi se vytratí. Všechen obsah se vysype a vy nemůžete dosáhnout těch molekulárních srážek, které potřebujete."

Další kroky pro světlo-konvertující nanokapsle

Výzkumníci v současné době pracují na způsobech, jak zdokonalit svou techniku 3D tisku. Zkoumají možnost tisku více bodů najednou, což by proces značně urychlilo, a také tisk ve vyšším rozlišení a menším měřítku.

Congreve také zkoumá další možnosti využití upkonvertujících nanokapslí. Mohly by například pomoci zlepšit účinnost solárních panelů tím, že přemění nepoužitelné světlo s nízkou energií na vlnové délky, které mohou solární články zachytit. Nebo by mohly být využity k tomu, aby pomohly vědcům přesněji studovat biologické modely, které lze spouštět světlem, nebo dokonce v budoucnu poskytovat lokalizovanou léčbu.

"Mohli byste proniknout do tkáně infračerveným světlem a pak toto infračervené světlo přeměnit na vysokoenergetické světlo pomocí této techniky upkonverze, abyste například mohli řídit chemickou reakci," řekl Congreve. "Naše schopnost ovládat materiály v nanorozměrech nám dává spoustu opravdu skvělých příležitostí k řešení náročných problémů, které jsou jinak obtížně řešitelné."

Zdrojem informací je Chemeurope.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.