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Generieren Sie komplexe Hohlkugelstrukturen durch 3D-Druck

Eine neue Studie ergab, dass eine neue 3D-Drucktechnologie namens „Xolography“ durch Einstrahlen eines Lichtstrahls in ein flüssiges Harz komplexe Hohlstrukturen erzeugen kann, einschließlich einfacher Maschinen mit beweglichen Teilen.

Forschungskoautor Martin Rehli, Experimentalphysiker an der Brandenburgischen Fachhochschule in Deutschland, sagte: „Ich stelle mir das wie eine Nachbildung von Star Trek vor.“ „Wenn Sie sehen, wie sich das Lichtblatt bewegt, können Sie etwas aus dem Nichts sehen.“

Beim traditionellen 3D-Druck werden Schicht für Schicht neue Teile erstellt. Dieses Verfahren wird jedoch beim Erzeugen von Hohlkörpern auf Probleme stoßen, da die überhängenden Features ohne jegliche Unterstützung natürlich zusammenfallen.

Generieren Sie komplexe Hohlkugelstrukturen durch 3D-Druck

Eine Reihe von Verfahren zielt darauf ab, eine hohle Struktur in 3D zu drucken, indem man Licht in einen Bottich mit flüssigem Harz einstrahlt. Bei diesen sogenannten volumetrischen Techniken härtet das Licht jede aufscheinende Flüssigkeit aus, während der Rest des Harzes Halt bietet, um zu verhindern, dass das ausgehärtete Material zusammenbricht.

Jetzt haben deutsche Wissenschaftler eine neue Technologie namens „Röntgenfotografie“ erfunden, die eine schnellere Geschwindigkeit und eine höhere Auflösung hat als die vorherige Volumenmesmethode, die Anfang dieses Monats in der Zeitschrift Nature ausführlich vorgestellt wurde Diese Forschung. Sie gründeten ein Start-up-Unternehmen namens xolo, um ihre Arbeit zu kommerzialisieren.

Die neue Technologie verwendet zwei Arten von Licht zum Drucken. Erstens regt der rechteckige Ultraviolettfilm die dünne Schicht spezieller Moleküle im Harz vom anfänglichen Ruhezustand in den latenten Zustand an. Als nächstes wird weißes Licht verwendet, um ein geschnittenes Bild eines gedruckten Objekts auf das Papier zu projizieren, und nur das aktivierte Harz wird gehärtet. „Xolography“, ausgesprochen „ksolography“, bezieht sich darauf, wie der „x“-Strahl das gesamte „holografische“ Objekt in dieser „Graphit“-Drucktechnologie erzeugt.

Mithilfe der Röntgenfotografie können Forscher frei schwebende Objekte ohne jede tragende Struktur erstellen, wie zum Beispiel einfache Maschinen mit Rädern, die sich als Reaktion auf strömende Flüssigkeit drehen, oder Kugeln in einem kugelförmigen Käfig. Sie druckten auch eine hochdetaillierte, 3 cm breite Büste einer Person mit klaren inneren anatomischen Merkmalen der Brusthöhle, wie ausgehöhlten Nasengängen und Speiseröhre. Derzeit kann die Röntgenfotografie mit einer Geschwindigkeit von etwa 55 Kubikmillimetern pro Sekunde mit Strukturen von nur 25 Mikrometern drucken.

Eine frühere volumetrische Technik, die als Zwei-Photonen-Photopolymerisation bezeichnet wird, kann Strukturen mit einer Größe von weniger als 100 Nanometern erzeugen, jedoch mit einer langsameren Geschwindigkeit, da das bei dieser Methode verwendete Harzpflaster nur aushärtet, wenn es gleichzeitig zwei Photonen absorbiert. Die andere wird als axiale Computerlithographie bezeichnet, die viel schneller ist als die Zwei-Photonen-Photopolymerisation, aber auf die Herstellung von Strukturen mit einer Größe von bis zu 300 Mikrometer beschränkt ist, da das Harz, das an einer Stelle aushärtet, das Licht stört, wenn sie versuchen, in andere Bereiche Aushärtendes Harz.

Die Röntgenfotografie ist 100,000-mal schneller als die Zwei-Photonen-Fotopolymerisation und fast so schnell wie die computergestützte axiale Lithografie, da sie nicht von jedem Zielpunkt abhängig ist, um zwei Photonen gleichzeitig zu absorbieren. Regelhy sagte: „Die Möglichkeit, dass zwei Photonen gleichzeitig auf ein Molekül treffen, ist sehr gering.“ „Deshalb kann die Zwei-Photonen-Photopolymerisation lange dauern.“

Darüber hinaus ist die Auflösung, die die Röntgenfotografie erreichen kann, etwa 10-mal höher als die der axialen Computerlithografie, da sie nur das aktivierte Harz schnell und selektiv aushärten kann, ohne den Rest des Materials zu härten. Der Co-Autor der Studie, Chemiker und Materialwissenschaftler Stefan Hecht von der Universität Aachen in Deutschland, sagte: „Wir müssen niemals Licht durch etwas schon Geschriebenes übertragen.“ „Das ist dasselbe wie auf leeres Papier zu schreiben. Es ist nicht dasselbe wie auf der alten Seite zu schreiben, die bereits darauf geschrieben ist.“

Eine mögliche Hauptanwendung der Röntgenfotografie ist die Verwendung von mit lebenden Zellen gefüllten Flüssigkeiten zur Herstellung komplexer biologischer Strukturen. Hecht wies darauf hin, dass der Vorteil der Röntgenfotografie gegenüber der bestehenden Bioprinting-Technologie darin besteht, dass die Zellen nicht durch den Stress, der durch die Düsen des Bioprinters erzeugt wird, geschädigt werden und sie dadurch beschädigt werden können.

„Andererseits können wir auch sehr harte Dinge bedrucken – wir können Glas bedrucken“, ergänzt Hircht. „Wir können das Material unglaublich vielseitig machen.“

Die Forscher schlagen vor, dass durch die Verwendung eines stärkeren Lasers und die Reparatur des Harzes die Druckgeschwindigkeit der Röntgenfotografie beschleunigt werden kann. Darüber hinaus schlugen sie vor, komplexere Harze zu verwenden, um mehrere Materialien gleichzeitig zu drucken, um Geräte wie Sensoren und elektronische Geräte herzustellen.

Regelhy sagte, dass zukünftige Forschungen untersuchen werden, wie Restharz in Drucksachen entfernt werden kann. Er wies darauf hin: „Dabei stellt sich auch die Frage, ob die Flüssigkeit wiederverwendet werden kann.“

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