Forskare vid Center for Nano Science and Engineering (CeNSE), IISc, har utvecklat en låg kostnad, drop-on-demand-utskriftsteknik som kan generera ett brett utbud av droppstorlekar med användning av en mängd olika bläck. Förutom traditionellt tryck, det kan också vara användbart för 3D-utskrift av levande celler, keramiska material, elektroniska kretsar och maskinkomponenter.

Skrivare som används för närvarande – från bläckstråleskrivare till bioskrivare som dispenserar levande celler – har ett munstycke med en liten öppning för att mata ut droppar. Dock, partiklar i bläcket eller en cellsuspension kan täppa till öppningen, vilket begränsar mängden partiklar eller celler som kan laddas initialt. Följaktligen, tjockleken på lagret som kan tryckas är också begränsad.

Den nya tekniken ersätter munstycket med ett nät täckt med kemiskt behandlade nanotrådar som stöter bort vatten. När en stor droppe träffar detta nät, den studsar tillbaka. Dock, en liten del av vätskan sprutas ut genom nätporen som en stråle som bryts för att skapa en droppe i mikroskala, som sedan trycks på en yta.

På grund av den korta kontakttiden för den träffande droppen med nätet (cirka 10 ms), partiklarna i bläcket får inte en chans att täppa igen nätporen, säger forskarna. Detta gjorde det möjligt för dem att ladda bläcket med större mängder nanopartiklar, möjliggör utskrift av mycket tjocka linjer i en enda cykel. Nätet kan också enkelt rengöras och återanvändas.

Nätet kostar bara en liten del av munstyckena som det ersätter. Detta minskar driftskostnaden avsevärt jämfört med konventionella trycktekniker, " säger Prosenjit Sen, Docent i CeNSE och senior författare till studien publicerad i Naturkommunikation .

Sen och hans labb har arbetat med att utveckla nanostrukturerade ytor som kan stöta bort vatten. När stora droppar träffar sådana nanostrukturerade maskor i höga hastigheter, jets skjuts ut. När man studerar detta fenomen, forskarna fann att hastigheten för den utstötta strålen var förvånansvärt högre än hastigheten för den träffande droppen.

"Detta var den första antydan om att någon mekanism spelade en roll för att fokusera den kinetiska energin, " säger Chandantaru Dey Modak, första författare och Ph.D. student vid CeNSE. "Vid denna punkt, vi började ställa följande frågor:Vad är denna fokuseringsmekanism? Kan denna mekanism utnyttjas för att på ett tillförlitligt sätt generera enstaka mikroskala droppar?"

Teamet spelade in höghastighetsvideor (50, 000 till 80, 000 bilder per sekund) av dessa träffande droppar, och fann att ett lufthålrum bildades vid droppcentret. Under nedslagets rekylfas, denna hålighet kollapsade, fokusera all kinetisk energi till en enda punkt, vilket resulterar i generering av individuella droppar. Inga "satellitdroppar" - sekundära droppar som resulterar i oönskad spridning - genererades. Storleken på de utskjutna dropparna kan också justeras genom att justera maskans porstorlek.

Forskarna kunde demonstrera användningen av denna teknik för olika tillämpningar. "Med drop impact printing, vi kunde skriva ut 3D-pelare i olika storlekar, en elektronisk krets för tillämpningar av halvledarenheter, och biobaserade dropparrayer för cellodling, " säger Modak. "Möjligheten att skriva ut ett brett utbud av droppstorlekar samtidigt som man använder olika typer av bläck för olika applikationer gör denna teknik unik."