3D-print vil flytte rundt på partikler med lyd og lys

Illustration: DTU Energi

Det kan lyde lidt skørt, at det er muligt udefra at flytte rundt på enkelte partikler, der svæver frit i en væske. Men en del af teknologien er faktisk kendt fra andre brancher, så lad os lige tage princippet først: Ved hjælp af vibrationer fra lyd og lys er det faktisk muligt at skubbe til partikler i en væske, så de placerer sig bestemte steder. Fra mikrobiologien er er lignende fænomener kendt når forskerne bruger lyd til at sortere celler ud fra deres fysiske egenskaber og laserlys, en såkaldt optisk pincet, til at rykke rundt med enkelte celler under et mikroskop.

Læs også: Nyt initiativ: Danske virksomheder skal blive bedre til 3D-print

Forskerne Roar Søndergaard og Thue Trofod vil ved hjælp af lyd og lys flytte rundt på partikler, så en traditionel SLA-printer er i stand til at udføre et enkelt print med forskellige materialeegenskaber. Illustration: DTU Energi
I første omgang er det lykkedes at fordele partikler i den væske (resin), som printeren bruger i søjler og punkter (her ses før og efter fordelingen i søjler). Målet er at kunne placerer partiklerne i mere komplicerede 3D-mønstre. Illustration: DTU Energi

Nu har et forskerhold fra DTU Energi, ledet af seniorforsker Roar Søndergaard, fået to millioner kroner og halvandet år fra Villum Fonden til at bruge nogle af de samme ideer til en helt speciel form for 3D-print. Udgangspunktet er teknikken fra SLA-printere. Her bliver en flydende resin i et bygge-kar størknet ved hjælp af en fokuseret lyskilde - almindeligvis ultraviolet lys. På den måde er det kun der, hvor lyset rammer, at resinen størkner. En af fordelene med teknikken er, at overfladeopløsningen kan blive meget høj, helt ned til få mikrometer.

Partikler flyttes med laserpincet

Men der er også ulemper. For eksempel er det lige nu kun muligt at printe i én type materiale. Det er det problem, som DTU-forskerne har en mulig løsning på. Det forklarer Thue Trofod, der er forsker på DTU Energi:

»Hvis vi tilfører resinen bestemte partikler og flytter dem derhen, hvor der skal printes, så kan vi opnå forskellige materialeegenskaber i det færdige print. Det kunne for eksempel være muligheden for at printe elektroniske kredsløb,« siger han.

Læs også: 3D-print har ikke disruptet noget som helst - endnu...

Og det er så her, vibrationerne - enten lyd eller lys - kommer i spil. Tanken er nemlig at bruge en ydre påvirkning af resinen til at flytte rundt på partiklerne. Ideen er at partiklerne placeres i et hjørne af 3D-printerens bygge-kar og derefter flyttes hen, hvor der er brug for den, når der er brug for dem.

Men der skal meget mere til før der kan printes. For når først partiklerne er identificeret og lokaliseret, så skal de flyttes med en laser-pincet. Det skal også gå hurtigt, for der er under et enkelt sekund til at printe et nyt lag:

»Ved at kombinere lyd og lys opnår vi den nødvendige skalérbarhed i metoden; sådan at vi bruger lyd til det grove arbejde og lys-pincetter til at lave finstruktur,« siger Thue Trofod.

Læs også: Hollændere 3D-printer stålbro

Udviklingsarbejdet er godt i gang, og foreløbig har forskerne været i stand til at flytte partikler i resinen, så de befinder sig i vandrette søjler og punkter:

»Derefter skal vi se på, om vi kan have to forskellige partikler i resinen og flytte rundt på dem uafhængigt at hinanden. Sidste skridt vil være at få partiklerne placeret i mere komplicerede 3D-mønstre. Her vil vi bruge en teknik som kaldes akustisk og optisk holografi. Rent teoretisk ved vi, at det kan lade sig gøre,« siger Thue Trofod, som også indrømmer, at det bliver svært at nå alt det, de gerne vil på halvandet år.

Læs også: DTU-projekt optimerer 3D-print i metal med digital tvilling

Projektet, der har fået navnet ‘In situ solution synthesis and 3D structuring of multi-property nanocomposites’ er en del af Villum Experiment, som har til formål at større ‘dristige forskningsideer, der udfordrer normen og har potentiale til fundamentalt at ændre måden vi nærmer os vigtig emner på’.