Oferta materiałów i filamentów dostępnych na rynku wydruków 3D, wciąż rośnie, a tempo pojawiania się innowacji robi wrażenie. Wszystkich z nas ekscytują nowe możliwości idące za wciąż dopracowywanymi i zróżnicowanymi filamentami. Rynek elektryzują informacje o druku żywności, całych domów w jednym elemencie czy stosowania biodegradowalnych składników, jak zużytych ziaren kawy czy włókien konopi. Są jednak materiały sprawiające wiele problemu inżynierom na całym świecie. Stanowią one tak duże wyzwanie, że powstają dedykowane grupy badawcze mające na celu rozwiązać jeden konkretny przypadek.

Pierwszy lateks do druku 3D na świecie

Tak właśnie było z lateksem, którego drukowanie do tej pory było niemożliwe, ze względu na wyjątkowe właściwości materiału oraz jego niestabilność. Problem ten udało się rozwiązać grupie chemików i inżynierów z Virginia Tech, współpracujących z Michelin North America, w ramach nagrody National Science Foundation. Co stanowiło największe wyzwanie w tym projekcie?

Płynny lateks w stanie zen

Doktor inżynierii mechanicznej Viswanath Meenakshisundaram pracujący nad projektem drukowanego w 3D lateksu, określając ten materiał, stwierdził, że funkcjonuje on w stanie zen. Mówiąc to, miał na myśli, że struktura lateksu jest na tyle spójna i zrównoważona, że jakiekolwiek mieszanie lateksu wpływa negatywnie na jego stabilność.

Ze względu na wspomnianą niestabilność płynnego lateksu, inżynierowie zamiast tworzyć nowy produkt, postanowili zmodyfikować chemicznie dostępny na rynku płynny lateks. Druk 3D wymagał jednak nowatorskiego podejścia, gdyż sam produkt mimo wszystko do bezpośredniego druku się nie nadaje.

Prawdziwa mikroinżyneria

Aby umożliwić drukowanie produktów z lateksu, inżynierowie zastosowali metodę opierająca się na zastosowaniu molekularnego rusztowania. Zasada ta sama co w budownictwie, jednak zastosowana w mikroskali. Rusztowanie, którym zostały obudowane cząstki lateksu, pozwala utrzymać je na miejscu i zapewnia odpowiednią trwałość materiału.

Oczywiście całość nie miałaby prawa się udać, gdyby lateks nie został później utwardzony. Właśnie w tym celu do materiału dodano fotoinicjatory reagujące na światło ultrafioletowe (UV), czyniąc lateks materiałem fotoutwardzalnym i nadającym się do druku 3D.

Jak wydrukować żywicę?

Również sam druk okazał się wymagającym procesem. Na potrzeby projektu konieczne było zbudowanie drukarki UV o wysokiej rozdzielczości, tak by możliwe było utwardzenie lepkiej żywicy w określonym kształcie. Co ciekawe, zespół opatentował drukarkę już w 2017 roku.

Kolejnym problemem było rozpraszanie promieni UV na powierzchni żywicy lateksowej. Skutkowało to drukowaniem elementów niedokładnie odwzorowanych, co w przypadku wydruków inżynieryjnych jest niedopuszczalne. Dlatego naukowcy zdecydowali się umieścić w drukarce kamerę, która dzięki zaawansowanym algorytmom wizualizuje proces naświetlania i koryguje wzorce naświetlania, z uwzględnieniem rozproszenia promieni UV. Tak dostosowane parametry drukowania finalnie dały możliwość utwardzenie zakładanego w projekcie kształtu.

Zastosowania lateksu w druku 3D

Ten niezwykle zaawansowany projekt jest faktycznie bezprecedensowy i rozpala wyobraźnie inżynierów na całym świecie. Możliwość drukowania lateksowych elementów to krok w kierunku, który do tej pory pozostawał jedynie ciekawostką, a wszelkie próby kończyły się niepowodzeniem. Druk wyjątkowo wytrzymałych i elastycznych elementów lateksowych z pewnością w najbliższych latach stanie się jednym z ciekawszych trendów. Póki co, pozostaje nam zadowolić się dostępnością elastycznych filamentów, pozwalających replikować elastyczne części w dowolnych kształtach.