Создан метод 3D-печати керамических конструкций размером 10 микрометров

Актуальная технология 3D-печати керамики предоставляет обширные возможности в медицине, водоочистке и космической индустрии. Исследователи из Университета Карнеги-Меллон разработали метод аэрозольной струйной 3D-нанопечати (3D-AJP), позволяющий создавать крайне сложные керамические конструкции размером всего 10 микрометров — меньше, чем человеческий волос.

В исследовании описывается технология, которая способна производить микроскопические керамические элементы, включая столбики, спирали и решетки. Эти конструкции обладают заданной пористостью, позволяя открывать новые горизонты в области применения керамики.

Рахул Панат, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллон и ведущий автор исследования, подчеркивает: «Створение керамических конструкций такого малого размера и исключительной точности традиционными методами производства невозможно. Они бы попросту разрушились».

Керамика считается важным материалом в развитии инженерных систем благодаря своей стойкости к износу, стабильности при температурных изменениях, теплоизоляции, невероятной жёсткости и биосовместимости. Хотя текущие методы 3D-печати уже позволяли создавать керамические изделия, они часто сталкивались с проблемами значительной усадки и деформаций при постобработке из-за необходимости удаления добавок, которые поддерживают материал во время печати. Уменьшение в размере на 15%-43% создало значительные трудности для производителей в настройке параметров печати.

Метод 3D-AJP устраняет потребность в добавках в составе чернил и обеспечивает усадку лишь на 2-6%. Для этого научная группа проанализировала производственный процесс в деталях, разработав необходимые программы для CAD, что позволило создать желаемую форму.

Вся команда, включая постдока доктора Чуншаня Ху, наглядно продемонстрировала возможность 3D-AJP создавать две керамические структуры в одном изделии, что открывает путь к более сложным применениям.

Панат утверждает: «С помощью этих структур мы можем обнаруживать маркеры рака груди, сепсиса и другие биомолекулы в образце крови всего за 20 секунд». Это приложение является результатом предыдущих исследований группы Паната, в ходе которых был создан металлический биосенсор для определения COVID-19 за 10 секунд. Преимущество керамических сенсоров заключается в том, что они способны изготавливаться почти в пять раз быстрее, чем их металлические аналоги.

Технология тоже обещает знаменательные перемены в области водоочистки. «При участии ультрафиолетового света и оксида цинка химические соединения могут разлагаться, поэтому, создавая трехмерные структуры с большей площадью поверхности, мы можем увеличить скорость и эффективность водоочистки в четыре раза», – поясняет Панат.

Дополнительно, перспективное направление применения этой новейшей технологии заключается в космической индустрии. Возможность управлять пористостью керамических конструкций даёт возможность контролировать их теплопроводность, что особенно важно для создания эффективных теплоизоляторов, используемых в космических аппаратах.

В итоге, технология 3D-AJP открывает обширные перспективы для всестороннего развития различных областей — от медицинской диагностики до космонавтики, предлагая более действенные и точные решения существующих проблем.

Источник: iXBT