En ny metod för mikroskalig 3D-utskrift har in-situ hartsblandning, leverans och byte, och ett robotmaterialreningssystem för att tillåta växling mellan material med olika moduler, eller flexibilitet, utan korskontaminering mellan fastigheter.

Metoden, kallas multimaterial programmerbar additiv tillverkning med integrerad hartsleverans, finns med i tidskriften Vetenskapliga rapporter . Tekniken kan vara användbar i olika applikationer, inklusive flygplansvingstrukturer, skyddande beläggningar, energiabsorption, aktivering, flexibel rustning, konstgjorda muskler, och mikrorobotik.

Xiaoyu "Rayne" Zheng, en biträdande professor i maskinteknik vid College of Engineering och en medlem av Macromolecules Innovation Institute, sa att tillverkningssystemet för mikroskala kan skalas upp till centimeternivåer och uppåt.

"Vi använder den här nya tekniken för att skapa material med programmerad styvhet, " sa Zheng. "I grund och botten, du kan programmera var modulen är fördelad i 3-D. Med denna programmering kan vi uppnå morphing-förmåga - att sträcka och deformera i olika riktningar."

Med vanligt material, sträckning i en riktning kommer att få materialet att krympa i motsatt riktning. Den nya patenterade processen och designen gör det möjligt för designers att skapa mycket specifika modulfördelningar inom en konstruktion för att möjliggöra programmerad morphing – där programmerad expansion eller krympning kan ske i hela materialkroppen.

"Tekniken är en robotbaserad additiv tillverkning, ett integrerat fluidsystem som gör att vi kan leverera olika bläck [harts] som råmaterial, "Zheng sa. "Processen är också självrengörande så att det inte finns någon korskontaminering mellan bläck."

Helst Zheng sa, 3D-utskriftsteknik skulle vilja vara på en plats där en funktionell enhet skulle kunna skrivas ut med flera material utan överdriven konstruktion, såsom verktyg, limning, passande, eller svetsning.

"För att uppnå detta mål måste vi lägga en rad olika materialegenskaper i en enda plattform och koppla ihop dem. Den ökade graden av materialdesignfrihet tillåter oss att uppnå negativa, positiva-till-noll-morfande stammar utan att ändra 3D-mikroarkitekturen för ett material, " förklarade Zheng.

Befintliga 3D-utskriftstekniker har begränsade möjligheter att inkorporera flera material, med utmaningen att skapa verkligt tredimensionella, komplexa arkitekturer med mikroskalaupplösningar. Till skillnad från traditionella 3-D-tryckta material av liknande basmaterial, multimaterial metamaterial kan ha varierande styvhet fördelade överallt - från en mjuk elastomer till en styv spröd inom 3D-gitterramverket.

"Vi föreställer oss att dessa programmerbara morphing material-koncept kommer att hitta tillämpningar i riktade töjningsförstärkningar, manöverdon, flexibel elektronik, och designen av lätta metamaterial med skräddarsydd styvhet och seghet, "Zheng sa. "Det nya materialdesignutrymmet som erbjuds av snabb tillverkning av olika materialbeståndsdelar fördelade inom en mikrogitterarkitektur öppnar upp för nya dimensioner av 3-D-utskrift av multimaterial med en stor grad av styvhetsvarians."