3D-печать чрезвычайно практична, когда вы хотите изготовить небольшое количество компонентов по индивидуальному заказу. Тем не менее, у этой технологии всегда была одна серьезная проблема: 3D-принтеры могут обрабатывать только один материал за раз. До сих пор объекты с различными свойствами материала в разных областях можно было напечатать на 3D-принтере только с большими затратами, если вообще можно было это сделать.
Исследователи из Венского технического университета разработали методы придания напечатанному на 3D-принтере объекту не только желаемой формы, но и желаемых свойств материала, пункт за пунктом.
Универсальность этой технологии была продемонстрирована в нескольких приложениях: например, можно напечатать невидимый QR-код, который становится видимым только при определенных температурах.
Различные свойства материала, пункт за пунктом
Исследовательская группа Катарины Эрманн в Институте прикладной синтетической химии Венского технического университета работает с жидкими материалами, которые облучаются светом. Химическая реакция запускается именно в том месте, где свет попадает на жидкость. Молекулярные строительные блоки в жидкости связываются друг с другом, и материал становится твердым.
Новым является то, что теперь можно точно контролировать, как жидкость затвердевает и какими свойствами обладает полученный материал.
«Мы можем использовать разную интенсивность света, разные длины волн или разные температуры», — говорит Эрманн. «Все это может быть использовано для влияния на свойства материала, напечатанного на 3D-принтере».
Таким образом, можно контролировать, как молекулярные строительные блоки в жидкости связываются друг с другом, когда они становятся твердым объектом. Они могут располагаться регулярно, как спагетти в пакете, и образовывать кристаллы, а могут лежать аморфно и беспорядочно, как приготовленные спагетти на тарелке.
«В зависимости от кристалличности свойства материала также могут сильно различаться», — объясняет член команды Михаэль Гёшль.
«Кристаллические материалы, как правило, твердые и хрупкие, в то время как аморфные материалы часто могут быть мягкими и эластичными. Оптические свойства также могут варьироваться, от прозрачности стекла до непрозрачного белого», — говорит Доминик Лаа, еще один член команды.
Гёшль и Лаа являются первыми авторами настоящего издания. Оба являются исследователями в командах Эрмана и Юргена Штампфля.
Невидимый QR-код
Теперь команда продемонстрировала универсальность нового метода на нескольких примерах. Например, QR-код был создан внутри куска пластика, который покрыт кристаллическим слоем. Однако при определенной температуре этот слой теряет свою кристалличность и становится прозрачным — внезапно становится виден секретный QR-код.
В зависимости от материала и температуры, также возможно временное уничтожение QR-кода, аналогично временному отказу в доступе на телефоне, если вы введете неправильный код.
Таким же образом можно было напечатать предупреждающий символ, который становится видимым только при нагревании материала выше определенной температуры. Это может использоваться, например, для проверки того, не превышен ли предписанный температурный диапазон при транспортировке термочувствительных товаров.
Оптическая характеристика материала также проводилась в Венском техническом университете в исследовательской группе профессора Андрея Пименова в Институте физики твердого тела.
«Мы предлагаем совершенно новые возможности для 3D-печати», — говорит Эрманн. «Потенциальные приложения могут быть предусмотрены во многих различных областях, от хранения данных и безопасности до биомедицинских приложений».