Ερευνητές έχει αναπτύξει μια απίστευτα έξυπνη νέα μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης πολύ ισχυρών δομών χρησιμοποιώντας τεχνικές ανάλογες με τη φύση.
Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια εμπνεύστηκαν από το υλικό που ονομάζεται "nacre". Δεν έχετε ακούσει για το nacre; Πιθανότατα έχετε, καθώς είναι απλώς η επιστημονική ονομασία για τη «μητέρα του μαργαριταριού» – την ουσία που χρησιμοποιούν τα μαλάκια για να κατασκευάσουν τα πολύ σκληρά κελύφη τους.
Γιατί είναι τόσο σκληροί; Αποδεικνύεται ότι το μυστικό βρίσκεται στη μικροσκοπική δομή του υλικού. Το Nacre αποτελείται από μικρά «τούβλα» ανθρακικού ασβεστίου ενωμένα μεταξύ τους με πρωτεΐνες. Αυτά είναι τοποθετημένα σε μια εκλεπτυσμένη διάταξη στυλ από τούβλα και κονίαμα που παρέχει τεράστια αντοχή.
Το ερώτημα είναι πώς θα μπορούσατε να το κάνετε αυτό με την 3D εκτύπωση;
Προφανώς έχει γίνει κάποια έρευνα στο παρελθόν για τη δημιουργία αυτού του τύπου υλικού σε περιβάλλοντα 2D. Ωστόσο, σύμφωνα με τους ερευνητές, οι μέθοδοι για να γίνει αυτό ήταν αρκετά περίπλοκες και απίθανο να εμπορευματοποιηθούν.
Οι ερευνητές κατέληξαν σε μια έξυπνη προσέγγιση που χρησιμοποίησε τη γνωστή διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης από φωτοπολυμερή ρητίνη. Η διαφορά ήταν ότι αρχικά αναμίχθηκε η ρητίνη με μικροσκοπικά νανοαιμοπετάλια γραφενίου. Αυτό θα παρείχε κανονικά κάποιες πρόσθετες δυνάμεις στην εκτύπωση ρητίνης, αλλά υπήρχε μια άλλη διαφορά.
Ένα ηλεκτρικό πεδίο χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Αυτό το πεδίο έκανε τα νανοαιμοπετάλια γραφενίου να ευθυγραμμιστούν ταυτόχρονα μεταξύ τους σύμφωνα με το ηλεκτρικό πεδίο. Όταν το μίγμα ρητίνης και νανοαιμοπεταλίων γραφενίου στερεοποιήθηκε, το αντικείμενο που προέκυψε είχε πολύ ισχυρότερη μικροδομή.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτή η τυπωμένη ουσία είχε ισχύ λίγο πολύ ίση με αυτή του φυσικού μαργαριού. Διαπίστωσαν επίσης ότι η ουσία είχε μια ανισότροπη ηλεκτρική ιδιότητα που δεν βρίσκεται στη φύση.
Εξηγούν:
«Η βιοεμπνευσμένη αρχιτεκτονική BM ενισχύει τη μηχανική αντοχή και την ηλεκτρική αγωγιμότητα ευθυγραμμίζοντας το GN σε κάθε στρώμα για να μεγιστοποιήσει την απόδοσή τους με την απόκλιση της ρωγμής υπό φόρτιση. Η ηλεκτρικά υποβοηθούμενη μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης μπορεί να δημιουργήσει μια πολυλειτουργική ελαφριά και ισχυρή τρισδιάστατη δομή με δυνατότητα ηλεκτρικής αυτοανίχνευσης.»
Με άλλα λόγια, αυτό το υλικό μπορούσε να ανιχνεύσει ηλεκτρικά πότε ραγίζει! Αυτό είναι ένα απίστευτα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό με αμέτρητες πρακτικές εφαρμογές. Μια εφαρμογή που προτείνουν οι ερευνητές είναι ένα κράνος, το οποίο θα μπορούσε να σας ενημερώσει πότε καταστραφεί.
Έγιναν σημαντικές μηχανικές δοκιμές σε εκτυπώσεις δειγμάτων και εξήγησαν τα αποτελέσματά τους:
«Η τρισδιάστατη τυπωμένη δομή με aGNs παρουσιάζει σημαντικά βελτιωμένη σκληρότητα, αντίσταση κρούσης και συμπίεσης λόγω του συνεργιστικού αποτελέσματος και της εκτροπής της ρωγμής. Το τρισδιάστατο μαρκάρισμα εμφανίζει ελαφριά ιδιότητα με συγκρίσιμη ειδική αντοχή σε θραύση με το φυσικό μαρκάρισμα. Επιπλέον, η ευθυγράμμιση των GN οδηγεί στην ανισότροπη ηλεκτρική ιδιότητα, παρουσιάζοντας μια εφικτή κατεύθυνση για την κατασκευή προστατευτικών φορητών αισθητήρων που μπορούν να ανιχνεύουν μόνοι τους τη ρωγμή».
Μια πολύ ενδιαφέρουσα πτυχή της διαδικασίας τους ήταν ότι κατάφεραν να αλλάξουν την ευθυγράμμιση των νανοαιμοπεταλίων γραφενίου για κάθε μεμονωμένο στρώμα της εκτύπωσης. Θα μπορούσε κανείς εύκολα να φανταστεί ένα εξελιγμένο σύστημα FEA που χρησιμοποιείται για να επινοήσει τη βέλτιστη στρατηγική ευθυγράμμισης για ένα δεδομένο τμήμα. Αυτή θα ήταν μια πολύ διαφορετική προσέγγιση στο σχεδιασμό ανταλλακτικών.
Ας ελπίσουμε ότι αυτή η προσέγγιση θα εμπορευματοποιηθεί, ώστε όλοι μας να την αξιοποιήσουμε σωστά.
Διαβάστε περισσότερα για την τρισδιάστατη εκτύπωση στο Fabbaloo!
