Нова технология може да създава обекти с участъци с различна твърдост и прозрачност, като по този начин имитира тъкани, механични структури и защитни материали.

За целта се използва сравнително прост и евтин химичен компонент.

Учени от Тексаския университет в Остин, в сътрудничество с Националните лаборатории „Сандия“ и други изследователски центрове, разработиха нов метод за 3D печат, наречен CRAFT (Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics).

Технологията позволява създаването на триизмерни обекти с рязко различаващи се механични и оптични свойства буквално на ниво отделни пиксели. Използва се един и същ евтин материал и стандартни 3D принтери. Резултатите от изследването са публикувани в списание Science.

Материал-хамелеон вместо сложни смеси

В основата на метода лежи широкодостъпната течна смола, наречена циклооктен.

При обичайни условия, след втвърдяване, тя се превръща в стандартна пластмаса.

Изследователите обаче откриват, че ако интензитетът на светлината по време на печат се контролира прецизно, вътрешната молекулярна структура на материала може да бъде променяна.

„Можем да контролираме подредбата на молекулярно ниво в триизмерно пространство и по този начин напълно да променяме механичните и оптичните свойства на материала“, обяснява Зак Пейдж, доцент в катедрата по химия в Тексаския университет.

Как работи технологията CRAFT

Методът CRAFT използва комерсиални DLP или LCD принтери, които прожектират изображения в сивата гама върху течната смола.

Платформата на принтера се движи нагоре и надолу, формирайки обекта от множество микроскопично тънки слоеве.

По-ярката светлина прави материала твърд и прозрачен, докато по-слабата го прави мек и мътен.

В резултат на това в един и същ обект могат да се създадат съседни участъци с напълно различни свойства, без шевове или слаби места.

Това отличава CRAFT от традиционните методи, при които се налага комбинирането на различни материали, които често не се свързват добре помежду си.

Реалистични модели за медицината

Един от най-нагледните демонстрационни примери е реалистично копие на човешка ръка, принтирано от екипа.

Използвайки само един материал, изследователите са успели да възпроизведат характерните свойства на кожа, сухожилия, връзки и кости, като просто са променяли параметрите на осветяване.

Това открива нови възможности за медицинското образование и протезирането.

Днес студентите, които изучават сложни хирургични интервенции, работят или със скъпи и труднодостъпни трупове, или с пластмасови модели, които не пресъздават добре поведението на живите тъкани.

CRAFT позволява създаването на дълготрайни и реалистични анатомични модели без етични и логистични проблеми.

Защита, звук и вдъхновение от природата

Освен в медицината, технологията е подходяща за създаване на защитни и омекотяващи материали.

Според Пейдж, CRAFT позволява проектирането на „биоинспирирани структури“, в които твърди и меки зони се редуват, подобно на костите или кората на дърветата.

Тази вътрешна архитектура ефективно поглъща удари и вибрации, без да се разрушава.

Това прави метода перспективен за производството на каски, елементи за лична защита и звукоизолиращи материали.

Достъпност и устойчивост

Важно предимство на технологията е ниският праг за навлизане.

„Принтерите с DLP или LCD технология са едни от най-евтините на пазара. Такъв принтер с поддръжка на сивата гама може да бъде закупен за хиляда долара или дори по-малко и веднага да започнете да печатате“, отбелязва Пейдж.

Въпреки че принтираните изделия не могат да бъдат напълно рециклирани, те могат да бъдат разтопени или разтворени и отлети отново. Това намалява количеството отпадъци в сравнение с традиционните методи.