Para peneliti telah memelopori metode pencetakan 3D yang menumbuhkan logam dan keramik di dalam gel berbasis air, menghasilkan konstruksi yang sangat padat, namun rumit untuk energi generasi berikutnya, biomedis, dan teknologi penginderaan.
Fotopolimerisasi PPN adalah teknik pencetakan 3D di mana resin yang peka terhadap cahaya dituangkan ke dalam tong, dan kemudian secara selektif mengeras ke dalam bentuk yang diinginkan menggunakan laser atau lampu UV. Tetapi proses ini sebagian besar hanya digunakan dengan polimer yang peka terhadap cahaya, yang membatasi kisaran aplikasi yang berguna.
Sementara beberapa metode pencetakan 3D telah dikembangkan untuk mengubah polimer cetak ini menjadi logam dan keramik yang lebih keras, Daryl Yee, kepala laboratorium untuk kimia bahan dan manufaktur di sekolah teknik EPFL, menjelaskan bahwa bahan yang diproduksi dengan teknik -teknik ini menderita kemunduran struktural yang serius. “Bahan -bahan ini cenderung berpori, yang secara signifikan mengurangi kekuatannya, dan bagian -bagiannya menderita penyusutan berlebihan, yang menyebabkan warping,” katanya.
Sekarang, Yee dan timnya telah menerbitkan makalah Bahan canggih Itu menggambarkan solusi unik untuk masalah ini. Daripada menggunakan cahaya untuk mengeraskan resin yang pra-infus dengan prekursor logam, seperti yang dilakukan metode sebelumnya, tim EPFL pertama kali membuat perancah 3D dari gel berbasis air sederhana yang disebut hidrogel. Kemudian, mereka menanamkan hidrogel 'kosong' ini dengan garam logam, sebelum secara kimiawi mengubahnya menjadi nanopartikel yang mengandung logam yang merembes ke struktur. Proses ini kemudian dapat diulangi untuk menghasilkan komposit dengan konsentrasi logam yang sangat tinggi.
Setelah 5-10 'siklus pertumbuhan', langkah pemanasan akhir membakar hidrogel yang tersisa, meninggalkan produk jadi: objek logam atau keramik dalam bentuk polimer kosong asli yang padat dan kuat. Karena hidrogel hanya diresapi dengan garam logam setelah pembuatan, teknik ini memungkinkan hidrogel tunggal diubah menjadi beberapa komposit, keramik, atau logam yang berbeda.
“Pekerjaan kami tidak hanya memungkinkan pembuatan logam dan keramik berkualitas tinggi dengan proses pencetakan 3D berbiaya rendah yang dapat diakses; ini juga menyoroti paradigma baru dalam manufaktur aditif di mana pemilihan material terjadi setelah pencetakan 3D, bukan sebelumnya,” Yee merangkum.
Menargetkan arsitektur 3D canggih
Untuk studi mereka, tim membuat bentuk kisi matematika yang rumit yang disebut gyroid dari besi, perak, dan tembaga, menunjukkan kemampuan teknik mereka untuk menghasilkan struktur yang kuat namun kompleks. Untuk menguji kekuatan bahan mereka, mereka menggunakan perangkat yang disebut mesin pengujian universal untuk menerapkan tekanan yang meningkat pada gyroid.
Pekerjaan kami menyoroti paradigma baru dalam manufaktur aditif di mana pemilihan materi terjadi setelah pencetakan 3D, bukan sebelumnya
Daryl Yee, Kepala Lab Alkimia
“Bahan kami dapat menahan tekanan 20 kali lebih banyak dibandingkan dengan yang diproduksi dengan metode sebelumnya, sementara menunjukkan hanya 20% penyusutan versus 60-90%,” kata kandidat PhD dan penulis pertama Yiming JI.
Para ilmuwan mengatakan teknik mereka sangat menarik untuk pembuatan arsitektur 3D canggih yang harus secara bersamaan kuat, ringan, dan kompleks, seperti sensor, perangkat biomedis, atau perangkat untuk konversi dan penyimpanan energi. Misalnya, katalis logam sangat penting untuk memungkinkan reaksi yang mengubah energi kimia menjadi listrik. Aplikasi lain dapat mencakup logam area tingkat tinggi dengan sifat pendinginan canggih untuk teknologi energi.
Ke depan, tim sedang berupaya meningkatkan proses mereka untuk memfasilitasi penyerapan oleh industri, terutama dengan meningkatkan kepadatan materi mereka. Tujuan lain adalah kecepatan: langkah-langkah infus yang berulang, walaupun penting untuk menghasilkan bahan yang lebih kuat, membuat metode ini lebih memakan waktu dibandingkan dengan teknik pencetakan 3D lainnya untuk mengubah polimer menjadi logam. “Kami sudah berupaya menurunkan total waktu pemrosesan dengan menggunakan robot untuk mengotomatiskan langkah -langkah ini,” kata Yee.
Referensi
Y. Ji, Y. Hong, Dr Bhandari, dan Dw Yee, “Fotopolimerisasi PPN berbasis hidrogel keramik dan logam dengan penyusutan rendah melalui presipitasi infus berulang.” Adv. Mater. (2025): E04951. https://doi.org/10.1002/adma.202504951
