Trodimenzionalno (3D) štampanje ima značajnu ulogu u proizvodnji membrana za prečišćavanje vode i bio-separaciju, sa kapacitetom za stvaranje novih i pametno dizajniranih struktura.
Među dostupnim metodama 3D štampanja, strategija direktnog pisanja mastilom nudi proces štampanja širokog spektra materijala visoke rezolucije. U novom izveštaju koji je sada objavljen u Scientific Reports, Farnaz Rezaei i tim istraživača sa Univerziteta Upsala u Švedskoj, koristili su celulozni acetat kao biokompatibilni materijal za mastilo.
Istraživači su primetili mogućnost štampanja i mogućnost štampanja karakteristika samo nekoliko mikrometara da bi se ispitao razvoj celuloznog acetata sa različitim molekulskim težinama. Unutrašnji i spoljašnji prečnik mlaznice uticao je na detaljnu rezoluciju štampane strukture. Istraživači su koristili različita mastila da bi rezultirali različitim širinama štampanih niti i uspešno završili direktno pisanje sa celuloznim strukturama visoke rezolucije.
Aditivna proizvodnja
3D štampanje ili metode aditivne proizvodnje olakšavaju razvoj složenih 3D struktura kroz sloj po sloj nanošenja materijala na odabranu podlogu korišćenjem metoda kompjuterski potpomognutog dizajna. Metoda je pokazala svoj kapacitet da proizvodi strukture sa dobro regulisanom zamršenom geometrijom, da ponudi nekoliko prednosti izvan konvencionalne bioproizvodnje i formira složene geometrije.
Ekonomična snalažljivost je dodatna prednost metode. Ove metode su primenljive u raznim oblastima uključujući isporuku lekova, mikrofluidiku i sisteme za separaciju, pogodne za tretman otpadnih voda, biomedicinske uređaje i membransku hromatografiju.
Međutim, potražnja za detaljima visoke rezolucije ograničila je upotrebu aditivne proizvodnje. Direktno pisanje obezbeđuje metod zasnovan na disperziji da se željeni materijal mastila nanese kroz mlaznicu na podlogu i obezbeđuje mnoštvo materijala za štampanje uključujući polimere, hidrogelove, keramiku i metale.
Direktno pisanje mastilom sa celuloznim acetatom
Celuloza je privukla veliku pažnju kao legitimna sirovina za aplikacije 3D štampanja zbog svojih odličnih performansi. Naučnici su odabrali celulozu u ovom radu zbog njene obnovljive, razgradive i bogate prirode. Celuloza je takođe bioaktivni polimer, sa širim primenama.
Rezaei i njegove kolege proučavali su membranske strukture uključujući svojstva vlaženja, sastav mastila i prečnik mlaznice koji su uticali na proces štampanja tokom ove studije. Istraživali su uticaj dimenzija mlaznica, koje su uključivale unutrašnje i spoljašnje dimenzije da bi se proučila mogućnost štampanja struktura sa rezolucijom detalja na nivou mikrona.
Koristili su kapilare od borosilikatnog stakla za pripremu mlaznica, formulisali mastilo za punjenje šprica i postavili štampanje za kreiranje uzoraka, uključujući testne strukture praćene karakterizacijom kontaktnog ugla mastila i ispitivanjem pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije.
Da bi istražio efekat štampanja kapilarima različitih prečnika, tim je odštampao 10% celulozno acetatno mastilo na neprevučenu staklenu podlogu kako bi istražio ovaj fenomen.
Proučavajući različite odnose mastila, postigli su različitu mogućnost štampanja i rezoluciju, zatim su ispitali mehanizme regulacije veličine štampanih struktura. Na primer, direktno pisanje mastilom je uključivalo vlaženje između mastila i površina, što je uticalo na proces štampanja.
Da bi proučili uticaj faktora koji regulišu veličinu štampanih niti, naučnici su ispitali kvašenje mastila uključivanjem različitih količina celuloznog acetata na obložene i neprevučene staklene podloge.
Tokom direktnog pisanja mastilom, vlaženje između mastila i površina materijala uticalo je na proces štampanja. Rezaei i tim proučavali su strukture mastila da bi dizajnirali arhitekturu i posmatrali kapacitete različitih šablona štampanja za stvaranje zida ili mosta.
Izgledi
Na ovaj način, Farnaz Rezaei i kolege su pokazali mogućnost izgradnje struktura od celuloznog acetata do 300 slojeva metodom direktnog pisanja mastilom. Naučnici su postigli visoku rezoluciju detalja regulacijom dimenzija mlaznica i parametara štampanja, kao i molekulske težine i koncentracije celuloznog acetata u mastilu.
Tim je primetio svojstva vlaženja mastila na podlozi i mlaznici u kombinaciji sa sastavom mastila kako bi uticali na širinu pramena. Kada su štampali strukture tipa membrane i slobodno viseće niti, dobili su širine slične ili manje od unutrašnjeg prečnika mlaznice. Da bi postigli željenu rezoluciju, istraživači su istraživali brzine štampanja u različitim pravcima kako bi održali produženo vreme štampanja za veće strukture.
Za budući rad, tim predlaže istraživanje dizajna višestrukih mlaznica u tandemu sa ink-jet štampom kako bi se povećala brzina štampanja.
