Инженеры из Принстона разработали легко масштабируемую технологию 3D-печати для производства мягких пластиков с локально настраиваемыми механическими свойствами. Жесткость, эластичность, гибкость и другие параметры материалов можно задавать и менять во время печати, пишет Phys.org.
Основой для мягких 3D-печатных структур с регулируемыми характеристиками послужили широко распространенные полимеры — термопластичные эластомеры. Специалисты поработали над их физическими свойствами, чтобы они могли многократно растягиваться и изгибаться в одном направлении, оставаясь жестким в другом.
Ключ к эффективности — внутренняя структура материала на мельчайшем уровне. Исследовательская группа использовала тип блок-сополимера, который образует жесткие цилиндрические структуры толщиной 5-7 нанометров (для сравнения, человеческий волос имеет толщину около 90 000 нанометров) внутри эластичной полимерной матрицы.
В рамках 3D-печати ориентация наноразмерных цилиндров подконтрольно меняется. Особенно важен процесс отжига. На выходе получается материал, который совмещает в себе несочетаемые на первый взгляд свойства: он с одной стороны твердый, но со всех остальных — мягкий и эластичный. Дизайнеры могут ориентировать цилиндры в разных направлениях по всему объекту, создавая мягкую архитектуру, которая демонстрирует жесткость и растяжимость в разных областях предмета.
Термопластичные эластомеры стоят недорого. Ученые доказали, что в них можно включить функциональные добавки, которые не ухудшат, а улучшат их свойства. Так, в одном из примеров они добавили органическую молекулу, которая заставляет пластик светиться красным после воздействия ультрафиолетового света.
Новый подход к проектированию материалов может иметь множество применений. Напечатанные из мягкого пластика детали получится использовать в ходе создания новых роботов, медицинских приборов и протезов, прочных легких шлемов и индивидуальных стелек для обуви.
Ранее в Томске появился 3D-принтер для печати зданий.
