Forskare vid Dartmouth College har utvecklat ett smart bläck som gör 3D-tryckta strukturer till objekt som kan ändra form och färg. Innovationen lovar att lägga till ännu mer funktionalitet för 3D -utskrift och kan bana väg för en ny generation tryckt material.

Framstegen inom området för förändrad intelligent utskrift - även känd som 4D -utskrift - är ett billigt alternativ till utskrift av precisionsdelar för användning inom områden som sträcker sig från biomedicin till energibranschen.

"Denna teknik ger liv åt 3D-tryckta objekt, "sa Chenfeng Ke, en biträdande professor i kemi vid Dartmouth. "Även om många 3D-tryckta strukturer bara är former som inte återspeglar materialets molekylära egenskaper, dessa bläck ger funktionella molekyler till 3D -utskriftsvärlden. Vi kan nu skriva ut smarta objekt för en mängd olika användningsområden. "

Många 3D-utskriftsprotokoll förlitar sig på fotohärdande hartser och resulterar i hårda plastföremål med styva, men slumpmässiga molekylarkitekturer. Den nya processen gör det möjligt för designers att behålla specifika molekylära anpassningar och funktioner i ett material och konverterar dessa strukturer för användning i 3D -utskrift.

Genom att använda en kombination av nya tekniker i för- och efterutskriftsprocesser, forskare kunde reducera tryckta föremål till 1 procent av sina originalstorlekar och med 10 gånger upplösningen. 3D -tryckta objekt kan till och med animeras för att vid upprepade tillfällen expandera och dra ihop sig i storlek genom användning av supramolekylära pelare. Med fluorescerande spårare, föremålen kan få färgen att ändra färg som svar på en yttre stimulans som ljus.

Möjligheten att minska storleken på ett objekt efter utskrift samtidigt som funktionella funktioner och ökad upplösning bevaras gör att billiga skrivare kan skriva ut högupplösta objekt som en gång bara var möjligt med mycket mer sofistikerade skrivare.

Enligt studien, som valdes ut som ett VIP -papper av Angewandte Chemie , tidskriften för German Chemical Society, det smarta bläcket kan skriva ut grovt, 300 mikron upplösning, men slutprodukten skulle ha en mycket finare linjebredd på 30 mikron.

"Denna process kan använda en $ 1, 000 skrivare för att skriva ut det som förr krävdes $ 100, 000 skrivare, "sa Ke." Denna teknik är skalbar, mycket anpassningsbar och kan minska kostnaderna dramatiskt. "

För att skapa det smarta bläcket, forskare använde ett polymerbaserat "fordon" som integrerar intelligenta molekylära system i tryckgel och möjliggör omvandling av deras funktioner från nanosaklet till makroskalan.

Medan de flesta material lätt härdas under 3D -utskriftsprocessen, den nya processen introducerar en serie eftertrycksreaktioner som låser de aktiva ingredienserna samman och behåller formen av molekylstrukturen under hela tryckprocessen.

Resultatet är ett tryckt objekt med en molekylär design som är programmerad att omvandla sig själv:Om du förser det med kemiskt bränsle, det ändrar form. Om du lyser upp det, det kan ändra färg.

"Det här är någonting som vi aldrig har sett förut. Inte bara kan vi 3D -skriva ut objekt, vi kan berätta för molekylerna i dessa objekt att ordna om sig själva på en nivå som kan ses med blotta ögat efter utskrift. Denna utveckling kan släppa lös den stora potentialen för utveckling av smarta material, "Sa Ke.

Medan forskare tror att tekniken fortfarande är långt ifrån intelligenta 3D -system som dynamiskt kan ändra deras konfiguration, nuvarande användningsområden för tekniken kan vara att skriva ut precisionsfilter och lagringsenheter. Över tid, forskare förväntar sig att processen kan resultera i en ny klass av makroskaliga 3D -tryckta objekt som kan användas för att leverera medicin eller producera högupplösta benbyten.

Enligt forskargruppen som deltar i studien:"Vi tror att detta nya tillvägagångssätt kommer att initiera utvecklingen av småmolekylbaserade 3D-utskriftsmaterial och kraftigt påskynda utvecklingen av smarta material och enheter bortom vårt nuvarande grepp som kan utföra komplexa uppgifter i svar på miljöstimuler. "

På kort sikt, forskare förväntar sig att de smarta bläcken kommer att vara användbara för materialkemister, 3D -utskriftsingenjörer och andra som är intresserade av att föra funktionella material till 3D -utskrift.