Просто добавь воды. Новый метод 3D-печати.

Структура, созданная с использованием простого, экологичного метода 3D-печати, разработанного инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего. Источник.

Новый метод 3D-печати для создания твёрдых структур, разработанный инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, настолько прост, что практически вся его особенность сводится к использованию полимерных чернил и раствора солёной воды. В работе, опубликованной в Nature Communications, авторы описывают свою методику как способ более стабильного и экологически чистого производства.

В качестве чернил процессе используется раствор жидкого полимера, известного как поли (PNIPAM или N-изопропилакриламид). Когда он выдавливается через иглу в раствор соли хлорида кальция, они почти мгновенно затвердевают при контакте с солёной водой. Такой результат обусловлен эффектом высаливания ‒ явлением, когда вследствие сильного притяжения между водой и ионами соли, последние вытягивают влагу из раствора полимера. Потеря воды вызывает плотное слипание гидрофобных полимерных цепей в чернилах PNIPAM, что оказалось великолепным решением для лёгкой печати твёрдых объёмных объектов.

«Все это выполняется в условиях окружающей среды, без необходимости в дополнительных этапах, специализированном оборудовании, токсичных химических веществах, нагревании или давлении», ‒ рассказывает старший автор исследования Цзиньхье Бэ, профессор кафедры химической и наноинженерии в инженерной школе Калифорнийского университета.

Настолько просто, что аж не верится, поскольку обычно для отверждения полимеров требуются энергоёмкие процессы с применением агрессивных веществ. В отличие от традиционного опыта, новый процесс использует простое взаимодействие между PNIPAM и солёной водой комнатной температуры. Результат тот же, но ущерба для окружающей среды ‒ почти никакого.

И это ещё не все «плюшки». Помимо указанных преимуществ, описываемый процесс позволяет восстанавливать чернила по мере потери необходимости в изготовленной таким образом детали, ибо высаливание довольно легко обращается вспять. Как говорится, просто добавь воды!

Полученные твёрдые изделия теряют свою форму, элементарно растворяясь в пресной воде. Это позволяет повторно использовать чернила PNIPAM для дальнейшей печати.

«Это обеспечивает простой и экологически чистый подход к переработке полимерных материалов», ‒ подчёркивает профессор Бэ.

Чтобы продемонстрировать универсальность своего метода, исследователи использовали чернила PNIPAM для печати структур, содержащих другие материалы. Так, например, с добавлением углеродных нанотрубок была изготовлена вполне рабочая электрическая схема, позволившая вполне уверенно работать электрической лампочке. И снова авторы делают акцент на повторном использовании поли: опытную печатную схему также можно растворять в пресной воде. Это, пожалуй, самая яркая демонстрация потенциала создания водорастворимых и пригодных для вторичной переработки электронных компонентов.

Цзиньхье Бэ и её команда считают свою находку неплохой отправной точкой для исследований в сфере инженерии экологически чистых технологий производства. Причём, как ожидается, это коснётся не только создания самих полимеров для простой и обратимой 3D-печати, но и в целом изготовления великого множества разноплановых изделий более экономичными и менее токсичными методами.

Объёмная печать уже довольно распространена в мире, но далеко не всем она доступна, да и сама методика требует некоторых условий. А представьте себе времена, когда в каждом доме будут не только молоток, плоскогубцы да индикаторная отвёртка, а ещё и такой вот совсем небольшой принтер с запасом восстанавливаемых чернил. В любой момент можно будет изготовить какую-то бытовую мелочь, которую не сыщешь ни в одном магазине как ни старайся. И главное ‒ это будет просто, без затей и доступно каждому не только в плане финансов, но и пользовательских знаний. Словом, мечта для самоделкиных.

АРМК, по материалам UC San Diego.