Escritura directa con tinta de estructuras de celulosa de alta resolución.

La impresión tridimensional (3D) juega un papel importante en la producción de membranas para la purificación y bioseparación del agua, con la capacidad de crear nuevas estructuras diseñadas de forma inteligente.

Entre los métodos de impresión 3D disponibles, la estrategia de escritura directa con tinta ofrece un proceso para imprimir una amplia variedad de materiales con alta resolución. En un nuevo informe ahora Publicado acerca de Informes CientíficosFarnaz Rezaei y un equipo de investigadores de la Universidad de Uppsala, Suecia, utilizaron acetato de celulosa como material de tinta biocompatible.

Los investigadores analizaron la imprimibilidad y la posibilidad de imprimir características tan pequeñas como unos pocos micrómetros para examinar el desarrollo de acetato de celulosa con diferentes pesos moleculares. Los diámetros interior y exterior de la boquilla afectaron la resolución detallada de la estructura impresa. Los investigadores utilizaron diferentes tintas para obtener diferentes anchos de hilos impresos y completaron con éxito la escritura directa con estructuras de celulosa de alta resolución.

Fabricación aditiva

Los métodos de impresión 3D o fabricación aditiva facilitan el desarrollo de estructuras 3D complejas mediante la deposición capa por capa de materiales sobre un sustrato seleccionado utilizando métodos de diseño asistido por computadora. El método ha demostrado su capacidad para producir estructuras con geometrías intrincadas bien reguladas, ofrecer varias ventajas más allá de la biofabricación convencional y formar geometrías complejas.

El ingenio económico es una ventaja adicional del método. Estos métodos son aplicables en una variedad de campos, incluida la administración de fármacos, microfluidos y sistemas de separación, adecuados para tratamiento de agua contaminada, dispositivos biomédicosEs cromatografía de membrana.

Sin embargo, la demanda de detalles de alta resolución ha limitado el uso de la fabricación aditiva. La escritura directa proporciona un método basado en dispersión para depositar el material de tinta deseado a través de una boquilla sobre un sustrato y proporciona una variedad de materiales imprimibles que incluyen polímeros, hidrogeles, cerámicas y metales.

Escritura con tinta directa con acetato de celulosa.

La celulosa ha atraído gran atención como materia prima legítima para aplicaciones de impresión 3D debido a su excelente actuación. Los científicos eligieron la celulosa en este trabajo debido a su naturaleza renovable, degradable y abundante. La celulosa también es un polímero bioactivocon aplicaciones más amplias.

Rezaei y sus colegas estudiaron las estructuras de las membranas, incluidas las propiedades humectantes, la composición de la tinta y el diámetro de la boquilla, que afectaron el proceso de impresión durante este estudio. Exploraron la influencia de las dimensiones de la boquilla, que incluían dimensiones internas y externas, para estudiar la posibilidad de imprimir estructuras con una resolución de detalle a nivel de micras.

Usaron capilares de vidrio de borosilicato para preparar las boquillas, formularon la tinta para llenar la jeringa y configuraron la impresión para crear patrones, incluidas estructuras de prueba, seguido de la caracterización del ángulo de contacto de las tintas y su examen con microscopía electrónica de barrido.

Rendimiento de la pintura

Para explorar el efecto de la impresión con capilares de varios diámetros, el equipo imprimió tinta de acetato de celulosa al 10 % sobre un sustrato de vidrio sin recubrimiento para investigar el fenómeno.

Al estudiar varias proporciones de tinta, lograron diferentes imprimibilidad y resolución, y luego examinaron los mecanismos que regulan el tamaño de las estructuras impresas. Por ejemplo, la escritura directa con tinta incluía la humectación entre la tinta y las superficies, lo que influyeba en el proceso de impresión.

Para estudiar la influencia de los factores que regulan el tamaño de los hilos impresos, los científicos examinaron la humectabilidad de las tintas, incluidas cantidades variables de acetato de celulosa, sobre sustratos de vidrio revestidos y no revestidos.

Durante la escritura directa con tinta, la humectación entre la tinta y las superficies del material influyó en el proceso de impresión. Rezaei y su equipo estudiaron las estructuras de la tinta para el diseño arquitectónico y observaron la capacidad de varios patrones de impresión para crear una pared o un puente.

Panorama

De esta forma, Farnaz Rezaei y sus colegas demostraron la posibilidad de construir estructuras de acetato de celulosa de hasta 300 capas con un método de escritura directa con tinta. Los científicos lograron una alta resolución de detalles regulando las dimensiones de las boquillas y los parámetros de impresión, así como el peso molecular y las concentraciones de acetato de celulosa en la tinta.

El equipo observó que las propiedades humectantes de la tinta sobre el sustrato y la boquilla, en combinación con la composición de la tinta, influyen en el ancho del alambre. Al imprimir estructuras tipo membrana y alambres sueltos, obtuvieron anchos similares o menores que el diámetro interno de la boquilla. Para lograr la resolución deseada, los investigadores exploraron velocidades de impresión en múltiples direcciones para mantener tiempos de impresión prolongados para estructuras más grandes.

Para trabajos futuros, el equipo propone explorar el diseño de boquillas múltiples junto con la impresión de inyección de tinta para aumentar la velocidad de impresión.