I en utveckling som erbjuder stora löften för additiv tillverkning, Forskare från Princeton University har skapat en metod för att exakt skapa droppar med hjälp av en vätskestråle. Tekniken gör det möjligt för tillverkare att snabbt generera droppar av material, finkontrollera deras storlek och lokalisera dem i ett 3D-utrymme.

Även om både 3-D-skrivare och traditionella tillverkare redan använder droppar för att noggrant lägga till material till sina produkter, den nya jetmetoden erbjuder större flexibilitet och precision än standardtekniker, sa forskarna. Till exempel, att leverera droppar med jetstrålar möjliggör extremt små storlekar och tillåter designers att ändra droppstorlekar, former och spridning, såväl som mönster av droppar, i farten.

"En nyckelaspekt är enkelheten i metoden, sa Pierre-Thomas Brun, en biträdande professor i kemisk och biologisk teknik vid Princeton och huvudforskaren. "Du ritar något på datorn, och du kan skapa den."

I en artikel publicerad 28 oktober i Proceedings of the National Academy of Sciences , forskarna beskriver hur man kontrollerar spridningen av droppar från en tunn vätskestråle. De kunde injicera kalibrerade droppar av glycerin i en flytande polymer för att demonstrera placering över tre dimensioner - ett nyckelkrav för tillverkning. Genom att härda polymeren, forskarna kunde fästa dropparna på önskade platser. Även om forskarna använde glycerin för experimentet, de sa att metoden skulle fungera med en mängd olika ämnen som vanligtvis används i tillverkning och forskning.

Metoden är skalbar och kan anpassas för att fungera med ett brett utbud av tryckmönster, sa forskarna. Strålarna kan styras för att sprida droppar i linjer eller i sinusformade vågmönster, skapa flexibilitet i tillverkade former.

Forskarna sa att tekniken kan tillämpas på applikationer inklusive skapandet av biomedicinska ställningar, akustiska material och bioreaktorer samt standard 3D-tillverkning.

Forskarna sa att metoden också befriar designers från behovet av att ständigt justera och finjustera sina maskiner för att skapa olika former och storlekar. Eftersom matematiken styr spridningen av dropparna, det är lätt att göra ändringar för att passa ett projekts krav.

"Vårt tillvägagångssätt är robust i den meningen att allt vi gör är att dra strålen och dropparna ordnar sig, " sa Brun. "Jag tror att det är lättare och kanske mer mångsidigt än nuvarande metoder."

Artikeln "Unbounded microfluidics:Rayleigh-Plateau instability of a viscous jet in a viscous bath" publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences .