Als het om 3D-printen gaat, denken de meeste mensen aan een veelgebruikte technologie, namelijk Fused Deposition Modeling (FDM). Deze methode omvat het extruderen van gesmolten polymeer door een mondstuk en het opbouwen van het object in opeenvolgende afgezette lagen terwijl het polymeer afkoelt tot een vaste toestand. Een andere techniek, Direct Ink Writing (DIW) genoemd, perst ook spullen uit een mondstuk. In dit geval is het spul echter een gelachtige polymeerinkt die door een chemische reactie in een vaste stof verandert. Vergeleken met FDM is DIW kosteneffectiever en energiezuiniger, en objecten kunnen van meer polymeer worden gemaakt.
Een nadeel van deze technologie is echter dat er vaak giftige chemische katalysatoren en crosslinkers nodig zijn om de overgang van vloeistof naar vaste stof te initiëren en te bevorderen. Deze chemicaliën kunnen niet alleen schadelijk zijn voor mens en milieu, maar ze worden ook toegevoegd in stappen na het printen, wat de duur en complexiteit van het productieproces vergroot.
Dat is waar de nieuwe inkt in beeld komt. Deze is ontwikkeld door professor Jinhye Bae en collega's van de Universiteit van Californië, San Diego, en maakt gebruik van een vloeibare polymeeroplossing genaamd poly (N-isopropylacrylamide), of kortweg PNIPAM. Functionele materialen, zoals koolstofnanobuisjes of grafeenvlokken, kunnen in de vloeistof worden gemengd.
Omdat PNIPAM aanvankelijk stroperig is, kan het gemakkelijk met minimale kracht uit de naald worden geperst. Wanneer inkt in een calciumchloride-pekeloplossing wordt geperst, trekken de zoutionen onmiddellijk watermoleculen weg van de inkt, een fenomeen dat bekend staat als 'uitzouten'. De hydrofobe (waterafstotende) polymeerketens die in de inkt achterblijven, klonteren samen, waardoor de inkt onmiddellijk vast wordt. Eventuele toegevoegde functionele materialen worden ook opgesloten.
In tegenstelling tot traditioneel DIW-printen vereist de PNIPAM-printmethode geen gebruik van chemicaliën na het printen en kan deze worden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Bovendien kunnen de afgedrukte vaste objecten, indien gewenst, vervolgens worden omgezet in bruikbaar vloeibaar PNIPAM.
De technologie is gebruikt om printplaten te printen die gloeilampen van stroom voorzien.
Bij een artikel over het onderzoek, dat onlangs werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, waren ook wetenschappers van de Hanyang Universiteit in Zuid-Korea betrokken. In de onderstaande video kun je zien dat de inkt onmiddellijk een vaste spoel vormt.