3D Nanoprinting-techniek kan keramiek transformeren voor hoogwaardige systemen, van ziektedetectie tot ruimtevaart

Hetzelfde materiaal waaruit u uw ochtendkoffie drinkt, kan de manier waarop wetenschappers ziekte detecteren, water detecteren, water zuiveren en ruimteverhinkels isoleren dankzij een geheel nieuwe benadering van keramische productie.

Gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap3D-AJP is een aerosol jet 3D nanoprinting-techniek die de fabricage van zeer complexe keramische structuren mogelijk maakt die-in slechts 10 micrometer (een fractie van de breedte van het menselijk haar)-nauwelijks zichtbaar zijn tot het blote oog. Deze 3D -structuren bestaan ​​uit microschaalfuncties, waaronder pijlers, spiralen en roosters die gecontroleerde porositeit mogelijk maken, waardoor de vooruitgang in keramische toepassingen uiteindelijk mogelijk is.

“Het zou onmogelijk zijn om keramische structuren zo klein en net zo nauwkeurig te bewerken als deze met behulp van traditionele productiemethoden”, legt Rahul Panat, professor werktuigbouwkunde aan de Carnegie Mellon University en de hoofdauteur van de studie. “Ze zouden uiteenvallen.”

Keramiek wordt beschouwd als de sleutel tot opkomende technische systemen vanwege hun slijtvastheid, thermische stabiliteit, thermische isolatie, hoge stijfheid en biocompatibiliteit. Hoewel bestaande 3D-printtechnieken deuren hebben geopend voor fabricage van keramiek, worden vaak ernstige krimp en/of defecten waargenomen tijdens de verwerking na de afdruk door het verwijderen van additieven uit de inkt die nodig waren om het materiaal tijdens het afdrukken te ondersteunen. Met krimp variërend van 15-43%, is het een uitdaging voor fabrikanten om afdrukparameters in te stellen die het ideale onderdeel zouden uitvoeren.

3D-AJP is niet afhankelijk van additieven in de inkt en ziet daarom slechts een krimppercentage van 2-6%, dus fabrikanten kunnen er zeker van zijn dat de structuur die ze willen de structuur is die ze zullen afdrukken. Om dit te verzekeren, heeft het onderzoeksteam een Gedetailleerde productiestudie om de CAD -programma’s te identificeren die nodig zijn om de definitieve vorm te produceren.

Bovendien demonstreerde het team, inclusief postdoc Dr. Chunshan Hu, de unieke mogelijkheid van 3D-AJP om twee keramische materialen in één enkele structuur af te drukken, wat geavanceerde toepassingen mogelijk maakt.

“Met behulp van deze structuren kunnen we borstkanker markers, sepsis en andere biomoleculen in slechts 20 seconden detecteren,” zei Panat.

Deze applicatie, die een uitbreiding is van Past onderzoek waarin de groep van Panat een metalen biosensor ontwikkelde om COVID-19 in slechts tien seconden te detecteren, is voordelig, omdat in vergelijking met metaal keramische sensoren bijna vijf keer sneller kunnen worden vervaardigd.

Panat citeert ook de voordelen van deze technologie in waterzuivering en thermische isolatie.

“In aanwezigheid van UV -licht en zinkoxide kunnen chemicaliën worden afgebroken, dus door een 3D -structuur te creëren met een hoger oppervlak kunnen we de snelheid en de effectiviteit van waterzuivering met vier keer verhogen,” zei hij. “Bovendien stelt ons vermogen om de porositeit van deze structuren te regelen, ons in staat om de thermische geleidbaarheid van structuren zoals de isolatoren die worden gebruikt in ruimteschutters te regelen en aan te passen.”