Las recetas para la impresión tridimensional 3D o la fabricación aditiva de piezas han requerido tantas conjeturas como la ciencia. Hasta ahora.
Las resinas y otros materiales que reaccionan bajo la luz para formar polímeros, o largas cadenas de moléculas, son atractivos para la impresión en 3D de piezas que van desde modelos arquitectónicos hasta órganos humanos en funcionamiento. Pero ha sido un misterio lo que sucede con el flujo y la mecánica de los materiales.propiedades durante el proceso de curado a la escala de un solo vóxel. Un vóxel es una unidad de volumen 3D, el equivalente a un píxel en una foto.
Ahora, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han demostrado una novedosa técnica de microscopía de fuerza atómica basada en luz AFM - fotorreología de resonancia acoplada a muestra SCRPR - que mide cómo y dónde un materiallas propiedades cambian en tiempo real a las escalas más pequeñas durante el proceso de curado.
"Hemos tenido mucho interés en el método por parte de la industria, solo como resultado de unas pocas conferencias", dijo el ingeniero de investigación de materiales del NIST Jason Killgore. Él y sus colegas ahora han publicado la técnica en la revista Pequeños métodos .
la impresión 3D, o la fabricación aditiva, es elogiada por la producción flexible y eficiente de piezas complejas, pero tiene la desventaja de introducir variaciones microscópicas en las propiedades de un material. Debido a que el software renderiza las piezas como capas delgadas y luego las reconstruye en 3D antes de imprimir, elLas propiedades de volumen del material físico ya no coinciden con las de las piezas impresas, sino que el rendimiento de las piezas fabricadas depende de las condiciones de impresión.
El nuevo método de NIST mide cómo evolucionan los materiales con resolución espacial submicrométrica y resolución de tiempo submilisegundo, miles de veces a menor escala y más rápido que las técnicas de medición a granel. Los investigadores pueden usar SCRPR para medir cambios a lo largo de una cura, recolectando datos críticos para optimizar el procesamiento demateriales que van desde geles biológicos hasta resinas rígidas.
El nuevo método combina AFM con estereolitografía, el uso de luz para modelar materiales fotorreactivos que van desde hidrogeles hasta acrílicos reforzados. Un vóxel impreso puede resultar desigual debido a variaciones en la intensidad de la luz o la difusión de moléculas reactivas.
AFM puede detectar cambios rápidos y diminutos en las superficies. En el método NIST SCRPR, la sonda AFM está continuamente en contacto con la muestra. Los investigadores adaptaron un AFM comercial para usar un láser ultravioleta para comenzar la formación del polímero "polimerización" en o cerca del punto donde la sonda AFM contacta con la muestra.
El método mide dos valores en una ubicación en el espacio durante un intervalo de tiempo finito. Específicamente, mide la frecuencia de resonancia la frecuencia de vibración máxima y el factor de calidad un indicador de disipación de energía de la sonda AFM, rastreando los cambios en estosvalores durante todo el proceso de polimerización. Estos datos pueden analizarse luego con modelos matemáticos para determinar las propiedades del material, como la rigidez y la amortiguación.
El método se demostró con dos materiales. Uno era una película de polímero transformada por la luz de una goma a un vidrio. Los investigadores descubrieron que el proceso de curado y las propiedades dependían de la potencia y el tiempo de exposición y eran espacialmente complejos, lo que confirma la necesidad de rapidez,mediciones de alta resolución. El segundo material era una resina de impresión 3D comercial que cambió de líquido a sólido en 12 milisegundos. Un aumento en la frecuencia de resonancia parecía indicar la polimerización y una mayor elasticidad de la resina de curado. Por lo tanto, los investigadores utilizaron el AFM para hacerimágenes topográficas de un solo vóxel polimerizado.
Sorprendentemente a los investigadores, el interés en la técnica NIST se ha extendido mucho más allá de las aplicaciones iniciales de impresión 3D. Las empresas en los campos de recubrimientos, óptica y fabricación aditiva se han acercado, y algunas están buscando colaboraciones formales, dicen los investigadores del NIST.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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