Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали технологию 3D-печати, позволяющую создавать металлические и керамические изделия с повышенной плотностью и прочностью. Метод предполагает выращивание металлов и керамики внутри гидрогелей на водной основе, что решает распространённые проблемы существующих процессов преобразования полимеров в металл. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Традиционная фотополимеризация в ванне обычно работает со светочувствительными полимерами, что ограничивает её применение. Существующие методы преобразования напечатанных полимеров в металлы и керамику производят пористые материалы, склонные к деформации из-за чрезмерной усадки. «Эти материалы, как правило, пористые, что значительно снижает их прочность, а детали подвергаются чрезмерной усадке, что приводит к деформации», — объясняет Дэрил Йи, заведующий Лабораторией химии материалов и производства.

Новый подход предполагает сначала создание трёхмерного каркаса из гидрогеля, а затем его насыщение солями металлов, которые преобразуются в металлосодержащие наночастицы. После 5–10 циклов роста гидрогель удаляется нагреванием, оставляя после себя металлический или керамический объект. Этот процесс позволяет преобразовывать один и тот же гидрогель в различные материалы после изготовления.

Испытания показали, что материалы выдерживают давление в 20 раз большее, чем материалы, полученные с помощью предыдущих методов, при этом давая усадку всего на 20% по сравнению с 60–90% при использовании традиционных технологий. Команда продемонстрировала метод, создав сложные решётчатые формы, называемые гироидами, из железа, серебра и меди. Потенциальные области применения включают датчики, биомедицинские устройства и системы преобразования энергии.

Исследователи работают над повышением скорости обработки и плотности материала для промышленного применения. «Мы уже работаем над сокращением общего времени обработки, автоматизируя эти этапы с помощью робота», — говорит Йи. Повторные этапы инфузии в настоящее время делают процесс более трудоёмким, чем другие методы 3D-печати для обработки металлов.

Источник