Robotická depozice 3D nanokompozitních a keramických vláknových struktur pomocí koloidních inkoustů vytvrditelných UV zářením

Robotic deposition of 3d nanocomposite and ceramic fiber architectures via UV curable colloidal inks

journal article in Web of Science

en

A novel approach for producing predetermined, complex 3d ceramic architectures by robotic deposition where UV radiation is used for solidification is presented. Homogeneous, highly loaded, solvent free colloidal inks with controlled viscoelastic properties are achieved by proper selection of monomers and surfactants. Room temperature deposition of complex 3d fiber networks having filaments in the 100 mu m range is demonstrated for Al2O3 and hydroxyapatite model particles for structural and biomedical applications. Solidification of the structures by UV radiation allows additional shaping of the structures by post-printing processes such as cutting, folding and bonding. 2d and 3d architectures with high aspect ratios retain their shape and transform to macroscopic ceramics after thermal debinding and sintering procedures. Sintered alumina fiber networks functionalizal with a 3-5 mu m layer of TiO2 nanoparticles exhibit photocatalytic activity for the decomposition of formaldehyde as a similar weight of loose powder, indicating possible applications in catalytic reactors prototypes.

V článku je prezentován nový postup pro přípravu definovaných, složitých 3d keramických struktur pomocí robotické depozice, při kterém je použito UV záření pro vytvrzení těchto struktur. Homogenní, vysoce plněné koloidní inkousty bez rozpouštědla a s řízenými viskoelastickými vlastnostmi jsou dosaženy vhodným výběrem monomerů a surfaktantů. Depozice složitých 3d vláknových struktur s vlákny v oblasti 100 um je demonstrována při pokojové teplotě s modelovými částicemi oxidu hlinitého a hydroxyapatitu pro konstrukční a biomedicínské aplikace. Tuhnutí struktur pomocí UV záření umožňuje dodatečné tvarování struktur pomocí post-printing procesů jako jsou řezání, skládání a spojování. 2d a 3d struktury s vysokým poměrem stran si zachovávají svůj tvar a transformují se do makroskopických keramik po tepelném odstranění pojiva a slinování. Slinuté vláknové struktury z oxidu hlinitého funkcionalizované pomocí 3-5 um silné vrstvy TiO2 nanočástic vykazovaly fotokatalytickou aktivitu pro rozklad formaldehydu podobnou volnému prášku o stejné hmotnosti. Tím indikovaly požné využití v prototypech katalytických reaktorů.

A novel approach for producing predetermined, complex 3d ceramic architectures by robotic deposition where UV radiation is used for solidification is presented. Homogeneous, highly loaded, solvent free colloidal inks with controlled viscoelastic properties are achieved by proper selection of monomers and surfactants. Room temperature deposition of complex 3d fiber networks having filaments in the 100 mu m range is demonstrated for Al2O3 and hydroxyapatite model particles for structural and biomedical applications. Solidification of the structures by UV radiation allows additional shaping of the structures by post-printing processes such as cutting, folding and bonding. 2d and 3d architectures with high aspect ratios retain their shape and transform to macroscopic ceramics after thermal debinding and sintering procedures. Sintered alumina fiber networks functionalizal with a 3-5 mu m layer of TiO2 nanoparticles exhibit photocatalytic activity for the decomposition of formaldehyde as a similar weight of loose powder, indicating possible applications in catalytic reactors prototypes.

Tvarování; UV; 3d robotická depozice; Síťoví vláken; Hydroxyapatit

Shaping; UV; 3d robotic deposition; Fiber network; Hydroxyapatite

2012

01.06.2012

Elsevier Science

THE BOULEVARD, LANGFORD LANE, KIDLINGTON, OXFORD OX5 1GB, OXON, ENGLAND

0955-2219

32

6

1187–1198

12