צוות של מדעני חומרים בבית הספר להנדסה באוניברסיטת וירג'יניה פיתח חומר רך שצפוי לספק טיפול חדש שיחליף נזק חמור או קבוע למיתרי הקול. החומר הרך החדש שלהם, הנקרא אלסטומר, בעל יכולת מתיחה חזקה, רך פי 10,000 מגומי מסורתי, ותואם את התכונות המכניות של מיתרי הקול. ניתן להדפיס אלסטומרים בתלת מימד לטיפול רפואי.

פולימר חדש, אסטרטגיה חדשה

הצוות פיתח אסטרטגיה חדשה לייצור האלסטומר הרך הניתן להדפסה בתלת-ממד. הם השתמשו בסוג חדש של פולימר בעל מבנה הדומה למברשת שטיפת בקבוקים וניתן להשתמש בו לניקוי כלי זכוכית קטנים, אך בקנה מידה מולקולרי. פולימר זה, בדומה למברשת בקבוקים, כאשר הוא מחובר ליצירת רשת, יכול להפוך את החומר לרך מאוד, מחקה רקמה ביולוגית.

Cai Liheng, עוזר פרופסור למדעי החומרים והנדסה והנדסה כימית, פיקח על המחקר. קאי גם קיבל מינוי באדיבות בהנדסה ביו-רפואית והוביל את מעבדת SOFT BIOMATTER של UVA. המעבדה של Cai מוקדשת להבנה ובקרה על האינטראקציה בין חומרים רכים פעילים (כגון פולימרים מגיבים או ביוגלים) לבין מערכות חיות (כגון חיידקים או תאים ורקמות בגוף האדם).

קאי והצוות שלו פיתחו שיטה חדשה שיכולה להשתמש באסוציאציות חזקות (אך הפיכות תלויות טמפרטורה) כדי להצליב פולימרי מברשת דמויי בקבוק ליצירת גומי. הרעיון הוא להשתמש בסינתזה כימית כדי לחבר פולימר דמוי זכוכית לקצוות של פולימר דמוי מברשת שיניים. הפולימר הזגוגי הזה מתארגן באופן ספונטני ליצירת כדורים בקנה מידה ננו זהה לבקבוקי מים מפלסטיק. הם נוקשים בטמפרטורת החדר, אך יימסו בטמפרטורות גבוהות; זה יכול לשמש עבור הדפסת 3D מבנים רכים.

גמישות מתכווננת ויכולת מתיחה גבוהה

ניתן לכוונן את האלסטיות של החומרים שלהם בין כ-100 ל-10,000 פסקל בטווח הלחץ שהחומר יכול לעמוד בו. הגבול התחתון הוא כ-100 פסקל, שהוא רך פי מיליון מפלסטיק ופי 1 רך יותר מאלסטומרים מסורתיים הניתנים להדפסה בתלת מימד. בנוסף, ניתן למתוח אותם עד 10,000%.

הרכות הקיצונית, הגמישות והיציבות התרמית שלהם מבשרות יישומים עתידיים, אמר קאי.

קאי מאמין ששיפנג ניאן, חוקר פוסט-דוקטורט, פיתח שיטה כימית לסינתזה של פולימרים מברשות בקבוקים עם מבנים מבוקרים במדויק כדי לציין את הגמישות והמתיחות של האלסטומרים. אלסטומרים יכולים לשמש כדיו במדפסות תלת מימד ליצירת צורות גיאומטריות באיכות גומי.

מדפסת התלת מימד עצמה היא בערך בגודל של מקרר מעונות. Zhu התאימה אישית את הזרבובית למערכת האקסטרודר, אשר בהנחיית תוכנת מחשב ספציפית לאובייקט הרצוי, מרססת כמות חומר שנקבעה בחלל תלת מימדי.

קבוצת המחקר של ד"ר קאי נתנה לי את ההזדמנות להרחיב את המחקר שלי מכימיה קלאסית לפיתוח חומר; אנו ממציאים חומרים מגניבים רבים עם תכונות מכניות, חשמליות ואופטיות מיוחדות.

ארגון עצמי והרכבה של חומרים

הדבר המגניב בחומר הרך של הצוות הוא שהוא יכול להתארגן ולהרכיב כל טיפה. כאשר החומר המבוסס על סיליקון הוטען לראשונה לתוך המחסנית, הייתה לו עקביות של דבש, מוצק למחצה וחצי נוזלי. ככל שההדפסה מתקדמת, הממס משלב את השכבות ואז מתאדה כדי לבנות בצורה חלקה את האובייקט. בנוסף, אם אתה עושה טעויות, אתה יכול לעשות אותו מחדש כי החומר ניתן לעיבוד מחדש 100% וניתן למחזור.

אלסטומרים מסורתיים הניתנים להדפסה בתלת מימד הם נוקשים מטבעם; תהליך ההדפסה דורש לעתים קרובות תמיכה מכנית חיצונית או עיבוד לאחר. קאי אמר, כאן, אנו מראים את ההתאמה של האלסטומרים שלנו כדיו להדפסה בכתיבה ישירה של מבנים תלת מימדיים. .

על מנת לחקור את החיבור בין מולקולות חומר, הצוות של קאי שיתף פעולה עם מדעני קו הקרן גיום פרייצ'ט ומיכאיל ז'רננקוב במעבדה הלאומית ברוקהייבן של משרד האנרגיה האמריקאי. הם השתמשו בכלי הרנטגן המדויקים של NATIONAL SYNCHROTRON LIGHT SOURCE II (במיוחד בקו קרן ממשק החומר הרך) כדי לבצע ניסויים כדי לחשוף את ההרכב הפנימי של החומר המודפס מבלי לפגוע בדוגמה.

קו קרן ה-SMI מתאים מאוד למחקר מסוג זה בגלל עוצמת קרן רנטגן גבוהה, יכולת כוונון מעולה של העברת אנרגיה ומומנטום, ורקע נמוך מאוד. בעבודה עם הצוות של קאי, הצלחנו לראות כיצד פולימרים כמו מברשות בקבוקים מרכיבים רשת צולבת, אמר ז'רננקוב.

אלסטומרים בשימוש בפועל

Cai מעריך שהצוות עדיין רחוק שנתיים עד שלוש משימוש בפועל באלסטומרים שלהם, ושיטת ההדפסה התלת מימדית של הצוות האיצה את הקצב. לפעמים נקרא ייצור תוסף, הדפסת תלת מימד היא חוזק המחקר של המחלקה למדע והנדסת חומרים ב-UVA; חוקרים בתחום זה מנסים להבין את העקרונות הפיזיקליים מאחורי תהליך הייצור התוסף בעת יצירת מערכות חומרים חדשות. שיפור הבריאות הוא רק אחד הכוחות המניעים של המחקר שלהם.

אנו מאמינים שהממצאים שלנו יעודדו את הפיתוח של חומרים רכים חדשים כמו דיו להדפסה תלת מימדית, שיכולים להפוך לבסיס למגוון רחב של מכשירים ומבנים אדפטיביים, כגון חיישנים, אלקטרוניקה ניתנת למתיחה ורובוטים רכים, אמר קאי.

קישור למאמר זה:חומר סופר רך חדש הניתן להדפסה בתלת מימד

הצהרה מחודשת: אם אין הוראות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. אנא ציין את המקור להדפסה חוזרת: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

פח, בריליום, פלדת פחמן, מגנזיום, הדפסת תלת מימד, דיוק עיבוד CNC שירותים לציוד כבד, בנייה, חקלאות ותעשיות הידראוליות. מתאים לפלסטיק ונדיר עיבוד סגסוגות. זה יכול להפוך חלקים בקוטר של עד 15.7 אינץ'. תהליכים כוללים עיבוד שבבי שוויצרי,שפשוף, חריטה, כרסום, משעמם והשחלה. הוא מספק גם ליטוש מתכת, צביעה, שחיקה משטח ו פיר שירותי יישור. טווח הייצור (כולל אלומיניום למות הליהוק ו יציקות למות אבץ) הוא עד 50,000 חתיכות. מתאים לבורג, צימוד, מֵסַב, משאבה, ציודבית קופסה, מייבש תוף והזנה סיבובית שסתום applications.PTJ תתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, ברוכים הבאים ליצור איתנו קשר ( sales@pintejin.com ) ישירות לפרויקט החדש שלך.