A Zürichi Svájci Szövetségi Technológiai Intézet (ETH Zürich) komplex és puha anyagokra specializálódott kutatói a természet által inspirált módszerrel olcsó desktop FDM gépekkel printeltek pehelykönnyű szerkezeteket folyékony kristálypolimer anyagokból.
Első alkalommal fordult elő, hogy egyszerű újrahasznosított anyagból hoztak létre más printelhető polimereknél jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkező, sőt, rostokkal megerősített kompozitokhoz is hasonló minőségű tárgyakat.
A légi iparban, járműveknél és biomedikális implantátumoknál merev és puhakönnyű anyagok esetében gyakran használnak rostokkal megerősített polimerszerkezeteket. Merevségük és masszívságuk ellenére feldolgozásukhoz sok energiára van szükség, és a gyártási folyamat nagyon munkaintenzív. A nyomatok viszont mindezek ellenére törékenyek, nehéz formálni és a későbbiekben újrahasznosítani őket.
A svájci kutatók ezekre a problémákra találtak megoldást.
Az inspirációt két természetes anyag, a pókselyem és a fa jelentette. A pókselyem kiváló mechanikai adottságai a selyemfehérjék magas szintű molekuláris elrendezésével magyarázhatók. Folyékony kristálypolimerrel a kutatóknak sikerült reprodukálniuk ezt a tulajdonságot, a nyomtatást pedig a speciális környezeti tényezőkhöz alakították.
A tervezési elvet a fák rostjainak elrendezése, növekedésük és alkalmazkodási képességük ihlette meg.
A hierarchikus architektúrájú nyomatok geometriája nagyon komplex, merevségük és erejük szintén egyedi – sokkal erősebbek, mint a legkorszerűbb polimerekből készült szerkezetek.
„A 3D nyomtatás top-down alakformálási szabadságának és a polimer beállítás bottom-up molekuláris kontrolljának kombinációja nagyobb tervezési szabadságot, szerkezetek kötetlenebb kivitelezését eredményezi, és mindez a jelenlegi gyártási folyamatok tipikus megkötései nélkül kivitelezhető” – írják a kutatók egy tanulmányban.
A technológia több szerkezeti, biomedikális és energiagyűjtő alkalmazásban hozhat forradalmi változásokat. Az ok: ezeken a területeken elvárt a pehelykönnyű anyagok használata. A kutatók bizakodnak, hogy az additív gyártás más területeit, gyártó- és nyíltforrású-közösségeket is megihletnek újításaikkal.
