Ooit geprobeerd gezichtjes op een miniatuurpoppetje te spuiten met een spuitbus? Waarschijnlijk niet, maar tenzij het een levensgrote paspop is, krijg je een verpeste pop en grote kliederboel.
3D printen heeft limieten, al laat de hype dat een beetje achterwege. Een van die limieten draait om grootte, of beter gezegd: precisie. Als je maar klein genoeg gaat, kom je bij een bepaald punt waar de computergestuurde handelingen op zo’n klein vlak moeten werken dat de resolutie te klein wordt. Op nanometerschaal krijg je dan dus het spuitbus-op-een-klein-poppetje-effect.
Een nieuwe techniek zou ons echter van dit limiet af kunnen helpen. Namelijk door 3D printen in 2D te doen. Een enkele platte laag zó ontworpen dat hij gedetailleerde nanostructuren er uit laat poppen.
Videos by VICE
Op de kleuterschool maakte ik een paar van die super coole papieren 3D sneeuwvlokken uit een plat vel papier, maar dit is geen kleuterwerk meer. We praten nu over het bouwen van hersen-achtige elektronische netwerken, biomedische apparaten, nanomachines die zichzelf in elkaar zetten. En dat is nog maar het begin.
Simpel uitgelegd, wordt het 2D-oppervlakte geprint door gebruik te maken van een lithografische technieken, vergelijkbaar met de techniek die gebruikt wordt bij het maken van supergeavanceerde halfgeleiders. De onderlaag word met zó veel precisie gemaakt dat als er een beetje druk word uitgeoefend, er meteen 3D-structuren tevoorschijn springen. Een beetje als zo’n pop-upboek, maar dan superklein.
“Dat is het resultaat van gecontroleerde, met compressie opgewekte, geometrische extensie in de derde dimensie op een groot oppervlakte,” schrijven de onderzoekers. De techniek is “in staat om de meest geavanceerde functionele materialen en microsystemen te transformeren naar mechanisch aan te passen 3D-vormen met een grote geometrische diversiteit.”
De techniek wordt “residual stress-induced bending” genoemd. Allerlei objecten en vormen worden in een vlak materiaal geëtst op zón manier dat ze omhoog springen als het materiaal gebogen wordt. De precisie waarmee dat kan is ongekend.
Image: Rogers et al
“Krachten boven een bepaalde drempelwaarde, ontlokken een gecontroleerd buigingsproces dat de zwakste regio’s omhoog duwt van het oppervlakte. Op hetzelfde moment worden er spatiaal afhankelijke vormveranderingen (lees: draaien en buigen) en vormen die op-en-neer gaan op het materiaal gecreëerd,” legt John A. Rogers, de hoofdauteur van de studie, uit. Het eindresultaat is het product van een voorzichtig gezochte balans tussen de onderlaags klevende eigenschappen en de uitgeoefende kracht.
De geëtste vorm is niet overal op dezelfde manier gebonden aan zijn ondergrond. Op meerdere punten is het vormpje stevig gebonden aan zijn onderlaag met chemische bindingen. Bepaalde punten blijven zitten als het materiaal buigt, terwijl andere doen wat ze niet laten kunnen. Hoewel de video het er simpeler uit laat zien dan het echt is, zie je wel duidelijk hoe gedetailleerd het allemaal al snel wordt. Mijn sneeuwvlokje op de kleuterschool had echt geen dingen als een web van cytoskelet, neurale circuits, netwerken van bloedvaten, etc.
“We hebben ervaren co-auteurs die bijzonder precieze modellen hebben gemaakt van hoe het mechanisme werkt,” vertelde Rogers aan Physics world. “We zijn pas net begonnen met het verkennen van de modellen als ontwerpinstrumenten om te onderzoeken welke topologieën we op deze manier kunnen creëren.”
Je kan hier trouwens binnenkort stage komen lopen. Mail alejandro.tauber[@]vice.com voor meer info.
