3D štampane mikroskopske čestice, toliko male da golim okom izgledaju kao prašina, imaju primenu u isporuci lekova i vakcina, mikroelektronici, mikrofluidici i abrazivima za složenu proizvodnju. Međutim, potreba za preciznom koordinacijom između isporuke svetlosti, pokreta pozornice i svojstava smole čini skalabilnu proizvodnju takvih prilagođenih čestica mikrorazmera izazovnim. Sada su istraživači sa Univerziteta Stanford uveli efikasniju tehniku obrade koja može da odštampa do 1 milion veoma detaljnih i prilagodljivih čestica mikrorazmera dnevno.
„Sada možemo da kreiramo mnogo složenije oblike sve do mikroskopske skale, pri brzinama koje ranije nisu bile pokazane za izradu čestica i iz širokog spektra materijala“, rekao je dr Džejson Kronenfeld. kandidat u laboratoriji DeSimone na Stanfordu i glavni autor rada koji detaljno opisuje ovaj proces, objavljenog danas u Nature.
Ovaj rad se zasniva na tehnici štampanja poznatoj kao kontinuirana proizvodnja tečnog interfejsa, ili CLIP, koju su 2015. godine predstavili DeSimone i saradnici. CLIP koristi UV svetlo, projektovano u kriškama, da brzo očvrsne smolu u željeni oblik. Tehnika se oslanja na prozor koji propušta kiseonik iznad UV projektora. Ovo stvara „mrtvu zonu“ koja sprečava da tečna smola očvrsne i da se zalepi za prozor. Kao rezultat toga, delikatne karakteristike se mogu izlečiti bez kidanja svakog sloja sa prozora, što dovodi do bržeg štampanja čestica.
„Korišćenje svetlosti za proizvodnju objekata bez kalupa otvara potpuno novi horizont u svetu čestica“, rekao je Džozef DeSimone, profesor translacione medicine Sanjiv Sam Gambhir na Stanfordskoj medicini i odgovarajući autor rada. „I mislimo da to što se to radi na skalabilan način dovodi do mogućnosti za korišćenje ovih čestica za pokretanje industrije budućnosti. Uzbuđeni smo zbog toga gde ovo može da vodi i gde drugi mogu da iskoriste ove ideje da unaprede svoje aspiracije.“
Proces koji su ovi istraživači izmislili za masovnu proizvodnju čestica jedinstvenog oblika koje su manje od širine ljudske kose podseća na montažnu liniju. Počinje filmom koji se pažljivo zategne i zatim šalje u CLIP štampač. Na štampaču, stotine oblika se štampaju odjednom na foliju, a zatim se montažna linija kreće da opere, očvrsne i ukloni oblike – koraci koji se svi mogu prilagoditi na osnovu oblika i materijala koji su uključeni.
Na kraju, prazan film se ponovo umotava, dajući celom procesu naziv roll-to-roll CLIP, ili r2rCLIP. Pre r2rCLIP-a, serija štampanih čestica bi morala biti ručno obrađena, što je spor i radno intenzivan proces. Automatizacija r2rCLIP-a sada omogućava neviđene stope proizvodnje do 1 milion čestica dnevno.
Ako ovo zvuči kao poznata forma za proizvodnju, to je namerno.
„Ne kupujete stvari koje ne možete da napravite“, rekao je DeSimone, koji je takođe profesor hemijskog inženjerstva na Tehničkoj školi. „Alati koje većina istraživača koristi su alati za pravljenje prototipova i testnih kreveta, kao i za dokazivanje važnih tačaka. Moja laboratorija se bavi naukom o translacionoj proizvodnji—mi razvijamo alate koji omogućavaju obim. Ovo je jedan od sjajnih primera čemu je taj fokus značio nas“.
Postoje kompromisi u 3D štampanju rezolucije u odnosu na brzinu. Na primer, drugi procesi 3D štampanja mogu da štampaju mnogo manje – na nanometarskoj skali – ali su sporiji. I, naravno, makroskopsko 3D štampanje je već steklo uporište (bukvalno) u masovnoj proizvodnji, u obliku cipela, predmeta za domaćinstvo, mašinskih delova, fudbalskih kaciga, proteza, slušnih aparata i još mnogo toga. Ovaj rad se bavi prilikama između tih svetova.
„Nalazimo se u preciznoj ravnoteži između brzine i rezolucije“, rekao je Kronenfeld. „Naš pristup je izrazito sposoban da proizvede izlazne rezultate visoke rezolucije uz očuvanje tempa proizvodnje koji je potreban da bi se zadovoljile količine proizvodnje čestica koje stručnjaci smatraju neophodnim za različite primene. Tehnike sa potencijalom za translacioni uticaj moraju biti izvodljivo prilagodljive od laboratorijske skale istraživačke do one za industrijska proizvodnja.“
Istraživači se nadaju da će r2rCLIP proces biti široko prihvaćen od strane drugih istraživača i industrije. Osim toga, DeSimone veruje da 3D štampanje kao polje brzo evoluira prošla pitanja o procesu i ka ambicijama o mogućnostima.
„r2rCLIP je osnovna tehnologija“, rekao je DeSimone. „Ali verujem da sada ulazimo u svet fokusiran na same 3D proizvode više nego na proces. Ovi procesi postaju očigledno vredni i korisni. A sada se postavlja pitanje: Koje su aplikacije visoke vrednosti?“
Sa svoje strane, istraživači su već eksperimentisali sa proizvodnjom tvrdih i mekih čestica, napravljenih od keramike i hidrogelova. Prvi bi mogao da vidi primenu u proizvodnji mikroelektronike, a drugi u isporuci lekova u telo.
„Postoji širok spektar primena, a mi tek počinjemo da ih istražujemo“, rekla je Marija Dulej, viši naučnik u laboratoriji DeSimone i koautor rada. „Prilično je neobično, gde smo sa ovom tehnikom.“
