Badacze z amerykańskiego Uniwersytetu Rice’a zaprezentowali technologię druku 3D metodą DIW (direct ink writing), która pozwala na przezwyciężenie istotnego ograniczenia, związanego z koniecznością wygrzewania materiałów w formie tuszu, co jest szczególnie utrudnione w przypadku wrażliwych na temperaturę materiałów podkładu.
Selektywne i momentalne nagrzewanie objętościowe drukowanych przestrzennie nanomateriałów i polimerów in situ osiągnięto przy użyciu skoncentrowanej wiązki mikrofalowej. Do jego realizacji wykorzystano specjalnie opracowanie urządzenie Meta-NFS (metamaterial-inspired near-field electromagnetic structure), wykorzystujące rezonator z dzielonym pierścieniem do dystrybucji pola elektromagnetycznego. Umożliwia to osiągnięcie odpowiedniej gęstości energii i rozdzielczości na potrzeby druku 3D przestrzennych struktur o lokalnie programowalnych właściwościach. W odróżnieniu od technik opartych na fotopolimeryzacji, proces może przebiegać również przy użyciu materiałów nieprzejrzystych. Rozszerzenie palety kompatybilnych materiałów pozwala na produkcję nowej klasy elektroniki, trudnej do otrzymania w inny sposób.
Opracowana metoda, określona jako NFP (near-field microwave 3D printing), wykorzystuje Meta-NFS do aplikacji fal w zakresie częstotliwości od jednego milimetra do jednego metra, które są absorbowane przez materiał opuszczający dyszę drukarki, co prowadzi do jego ogrzania do 160 °C. Realizowane w ten sposób utrwalenie tuszu umożliwia osiągnięcie rozdzielczości poniżej 200 μm. Silnie zlokalizowany charakter opisywanego zjawiska powoduje, że druk metodą NFP może być wykonywany na przykład na powierzchni żywych tkanek, bez ryzyka ich zniszczenia. Autorzy zaprezentowali to na przykładzie drukowania metalowej spirali na powierzchni liścia, który pozostał nieuszkodzony.
Potencjał metody jest związany z możliwością użycia nanomateriałów, które nie nadają się do druku typowymi metodami spiekania i polimeryzacji, takich grafen, nanorurki węglowe, MoS2 czy ferryty.
news.rice.edu
Jian Teng et al.: Three-dimensional printing of nanomaterials-based electronics with a metamaterial-inspired near-field electromagnetic structure, Sci. Adv. 12, eadz7415, 2026
