Когда дело доходит до 3D-печати, большинство людей думают о широко используемой технологии, а именно о моделировании методом наплавления (FDM). Этот метод включает выдавливание расплавленного полимера через сопло и построение объекта последовательными нанесенными слоями по мере того, как полимер охлаждается до твердого состояния. Другой метод, называемый прямым письмом чернил (DIW), также выдавливает материал из сопла. Однако в данном случае материал представляет собой гелеобразные полимерные «чернила», которые в результате химической реакции превращаются в твердое вещество. По сравнению с FDM, DIW более экономически выгоден и энергоэффективен, а объекты можно изготавливать из большего количества полимеров.
Однако недостатком этой технологии является то, что для инициирования и содействия переходу из жидкого состояния в твердое часто требуются токсичные химические катализаторы и сшивающие агенты. Эти химические вещества не только могут быть вредными для человека и окружающей среды, но и добавляются на этапах послепечатной обработки, что увеличивает продолжительность и сложность производственного процесса.
Вот тут-то и приходят на помощь новые чернила. Они были разработаны профессором Джинхе Бэ и его коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего и используют жидкий полимерный раствор, называемый поли(N-изопропилакриламид), или сокращенно ПНИПАМ. В жидкость можно добавлять функциональные материалы, такие как углеродные нанотрубки или чешуйки графена.
Поскольку ПНИПАМ изначально вязкий, его можно легко выдавить из иглы с минимальным усилием. Когда чернила выдавливаются в рассол хлорида кальция, ионы соли немедленно вытягивают молекулы воды из чернил — явление, известное как «высаливание». Гидрофобные (водоотталкивающие) полимерные цепи, оставшиеся в чернилах, слипаются, в результате чего чернила мгновенно затвердевают. Любые добавленные функциональные материалы также будут заблокированы.
В отличие от традиционной печати DIW, метод печати PNIPAM не требует использования каких-либо химикатов после печати и может выполняться при комнатной температуре. Кроме того, при желании напечатанные твердые объекты могут быть впоследствии преобразованы в пригодный для использования жидкий ПНИПАМ.
Эта технология использовалась для печати печатных плат, питающих лампочки.
В статье об исследовании, которая недавно была опубликована в журнале Nature Communications, также участвовали ученые из Университета Ханьян в Южной Корее. На видео ниже можно увидеть, что чернила мгновенно образуют твердый клубок.