Tillverkning av 3D friformsstrukturer av termoplaster som involverar överhängande (icke-förankrade) strukturer visas framgångsrikt upp genom fused deposition modeling (FDM) och direkt bläckskrivning (DIW), ändå begränsad vad gäller tillämpligt material och tryckvillkor. 3D-utskrift av friformsstrukturer kräver stödmaterial som möjliggör utskrift av termoplaster på icke-förankrade platser.

För att ta itu med svårigheten med friformstillverkning via extruderingsbaserat tryck, användningen av mikropartikelformiga geler som inbäddningsmedia har undersökts vida. Sådana metoder kallas gemensamt för inbäddad 3D-utskrift (e3DP).

I dessa demonstrationer, gelerna uppförde sig som Bingham-plaster med låg modul och låg sträckgräns under tryckning av lågviskösa hartser. e3DP möjliggjorde friformstillverkning av olika material som silikoner, hydrogeler, gjutlegeringar, kolloider, och hydrogeler innehållande levande celler.

Trots alla dessa framgångsrika studier, friformstillverkning av termoplaster har inte visats med e3DP. Detta beror på att den smälta termoplasten och munstyckena vanligtvis är högre än 100°C, och de är inte kompatibla med bärarmediet bestående av mikropartikelformiga hydrogeler.

Forskare från Singapore University of Technology and Designs (SUTD) Soft Fluidics Lab utvecklade en enkel metod för att 3D-skriva ut termoplaster med inbäddade media på friformssätt, benämnd friformspolymerutfällning (FPP).

I FPP, mikropartikelformiga geler som omgivande media erbjöd samtidigt två väsentliga funktioner. De mikropartikelformiga gelerna gav strukturellt stöd åt det tryckta bläcket och inducerade fasförändringen av det tryckta bläcket via nedsänkningsutfällning. 3D-utskrift baserad på nedsänkning med omgivande mikropartiklar har låst upp möjligheten till friformstillverkning av termoplaster.

Studien visade användningen av både vattenbaserade och etanolbaserade mikropartikelgeler som omgivande geler som gjorde att det ökade antalet lösningsmedel och polymerer kunde användas i FPP. Polymerbläck med låga polymerkoncentrationer (med låg viskositet) och bläck med porinducerande medel gav inre porositet till de tryckta strukturerna.

"Vårt tillvägagångssätt har övervunnit begränsningen av användningen av mikropartikulära medier för tillverkning av friformsstrukturer av termoplaster, för första gången, med användning av nedsänkningsfällning av polymerbläck i mikropartikelformiga geler, " sa huvudförfattaren till tidningen Dr. Rahul Karyappa från SUTD.

"FPP erbjuder ett unikt sätt att tillverka mekaniskt starka komponenter som består av termoplaster i olika 3D-former utan stödmaterial. Detta utökar den tillgängliga tekniken för additiv tillverkning, " tillade chefsutredare, Docent Michinao Hashimoto från SUTD.