研究人员使用超疏水性筛子缓解了3D打印需求下降的弊端

来源：白令三维

从研究纳米科学中心和工程处（焚香）印度科学研究所，班加罗尔，已经开发出一种跌落冲击的3D打印技术，使用，取而代之的是喷嘴分配液滴的超疏水筛。

大多数微滴打印技术都使用基于喷嘴的分配技术，在该技术中，喷嘴会集中施加的力并确定液滴的大小。但是，使用这些技术时，喷嘴可能会堵塞，并且可能会形成液滴形成过程中不需要的“卫星滴”。

根据研究人员的说法，他们的方法减轻了这些问题，并且由于其简单，易于操作和经济的优势，因此比现有的液滴打印技术更容易获得。

超疏水筛
研究人员提出的技术基于液滴与超疏水筛接触时的影响。超疏水性是指极难润湿的表面，在莲花植物的超疏水性叶子上也被称为“莲花效应”。

一旦从高处释放，液滴在与筛子接触时产生的冲击会产生类似于波纹的毛细波，从而导致在液滴与筛子之间形成气腔。在液滴的反冲阶段，气腔塌陷，从中产生单个微滴。研究人员将此过程称为“反冲弹射”。可以通过改变筛子表面的形貌来控制微滴的大小，从而改变空腔的塌陷动力学。

在测试阶段，使用具有各种开孔的超疏水筛网来探索可能产生的最小和最大喷射液滴。液滴撞击的结果取决于撞击液滴的动态压力与筛子的穿透压力之间的平衡。简而言之，成功取决于在液滴的下落力和穿透筛子所需的力之间取得适当的平衡。

与传统的喷墨打印相比，这种按需滴涂技术可以打印具有高质量负载的墨滴，具有打印大颗粒的能力，并且可以打印多种墨滴。该方法还涉及简单的设置和较低的运营成本，尽管研究人员指出，打印分辨率和准确性不如其他一些技术，例如电动流体力学（EHD）打印。

这种技术的另一个好处是可以轻松，即时地重新配置不同大小的微滴。只需将筛子换成具有所需孔口的筛子，即可继续进行印刷过程。

跌落冲击式印刷技术的机理和解释。

打印大颗粒和大量装载
大颗粒的印刷对于诸如细胞悬浮液，功能化微珠和牙科义齿的3D微粒结构等应用是必需的。

在传统的基于喷嘴的喷墨打印机中，喷嘴直径限制了可以打印的颗粒尺寸。当打印大颗粒时，可能会发生喷嘴堵塞，如果无法修复，则更换喷嘴的成本很高。根据研究人员的说法，喷嘴直径应比粒径大100倍，以避免堵塞。但是，他们观察到通过用超疏水筛网更换喷嘴，该比率降低到只有4，从而大大改善了大颗粒的液滴印刷性能。

具有较高质量负载的印刷油墨是有益的，因为它减少了获得更高厚度所需的重印次数，但是随着油墨粘度的增加，悬浮液的喷射变得更加困难。使用超疏水筛，研究人员能够对厚度为16.9 m的液滴实现71％的最大质量负载，而使用喷嘴时约为45％。

大颗粒尺寸的无堵塞打印和更高质量的打印。

生物应用打印
能够在室温下打印微阵列（例如细菌，DNA和细胞）以进行基因表达分析，单细胞打印，基础生物细胞研究和生物聚合物打印的能力是生物科学领域非常关注的领域。研究人员提出的这项技术已经过测试，可以打印少量的生物样品和分子。

在载玻片上单滴打印红细胞悬液。分析表明，随着浓度的增加，每个小滴的细胞数也增加，而在小滴内仍保持隔离状态。这使研究人员的样品量很小，可以彼此隔离，并减少了移液和放置样品所需的时间。该研究扩展到在单个液滴中打印单个细胞，表明该方法具有无阻塞打印大型细胞的潜力，可用于各种应用。

为了实现在3D打印应用中打印粘性生物墨水的可能性，使用了聚丙烯酸作为模型打印液体。一旦固化，结果是微米尺寸的聚合物微柱。

生物溶液和生物聚合物的滴落式冲击印刷。

电子应用打印
研究人员的按需印刷技术也可以应用于柔性电子应用的导电材料印刷。使用银墨溶液印刷导电线，该溶液最初在单层印刷中针对导电性进行了优化，然后在玻璃基板上印刷了聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）以产生二极管。

研究人员还在柔性胶带上印刷了LED的连接，在柔性基板上印刷了字母，并使用具有不同孔开口的筛子进行了3D打印的锆二极管柱。还可以通过在单个筛子上的多次滴落撞击来缩放印刷过程，其优点是易于处理且具有成本效益的电子应用大面积印刷。

用于大面积制造和柔性电子应用的导电材料的印刷。

使用超疏水筛网按需印刷的好处
总而言之，这项研究提出了一种按需投放的3D打印技术，其设计相对简单，因此安装成本较低。如前所述，使用超疏水筛代替复杂的喷嘴可进一步降低该方法的运行成本，同时消除了堵塞和产生有害卫星滴的风险。另外，该方法除了将喷射墨水的泵外，不需要任何电磁，磁力或波力。

该技术的多功能性也使其适用于几种不同应用中的多种打印解决方案，例如用于牙齿修复和建筑模型的基于陶瓷的3D打印，分配生物样本，3D器官打印以及用于电子应用的打印。

有关该研究的更多信息，请参见《自然》杂志上发表的“ Drop Impact Printing ”一文。该研究由C. Modak，A。Kumar，A。Tripathy和P. Sen合着。

点按式3D打印的进步
仅在过去的一年中，按需滴加制造领域就出现了几项创新，特别是在合成棉纸和软机器人的3D打印方面。

6月，牛津大学的研究人员改进了 单液滴分辨率3D生物打印过程，使他们能够更精确地创建合成组织。该技术可以使复杂的合成组织（如粘性巨大的单层囊泡或蛋白质隔室）的3D打印成为可能。同时，来自加州大学戴维斯分校的研究人员 发表了一篇论文，详细介绍了一项新技术，该技术涉及使用基于液滴的多相微流体系统来高效地3D打印微调的柔性材料。该技术的潜在应用包括软机器人，组织工程和可穿戴技术。

在其他地方，蒙特利尔大学的科学家 开发了一种新的细胞生物打印方法，称为激光诱导侧转移（LIST），该方法利用低能纳秒激光和微流动力学定律将活细胞彼此喷射。科学家团队使用LIST方法部分打印了人的脐静脉，并相信他们的工作将来可用于3D药物筛选模型和人造组织。

最近，来自 中国科学院 和 麻省理工学院的研究 人员成功地开发了一种3D打印方法，该方法可以从单个树脂液滴中产生可控制的3D结构。为了说明该方法的可控制性，研究人员通过使用UV投影仪，UV透明固化界面以及安装在移动平台上的铝支撑板，从一滴树脂中打印出臼齿，门齿和犬齿。