ETH Zurich in các cấu trúc cứng, nhẹ sử dụng máy in 3D FDM và polyme tinh thể lỏng

ETH Zurich in các cấu trúc cứng, nhẹ sử dụng máy in 3D FDM và polyme tinh thể lỏng

ETH Zurich in các cấu trúc cứng, nhẹ sử dụng máy in 3D FDM và polyme tinh thể lỏng

Các nhà nghiên cứu từ nhóm Vật liệu và Vật liệu mềm tại ETH Zurich đã phát triển một phương pháp tiếp cận sinh học cho các cấu trúc nhẹ in 3D sử dụng máy in FDM giá rẻ và polyme tinh thể lỏng .

Lần đầu tiên, họ có thể in các vật thể từ một vật liệu có thể tái chế với các tính chất cơ học vượt qua tất cả các polyme có thể in khác và có thể cạnh tranh ngay cả với vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi.

Video: https://youtu.be/4t7pHxpv1nY

3D LCP phân cấp, thermotropic LCPs sử dụng mô hình lắng đọng hợp nhất.

Các cấu trúc polyme được gia cố bằng sợi thường được sử dụng khi cần vật liệu nhẹ cứng, chẳng hạn như trong máy bay, xe cộ và cấy ghép y sinh. Mặc dù độ bền và độ bền rất cao của chúng, các vật liệu nhẹ như vậy đòi hỏi các quy trình chế tạo năng lượng và lao động chuyên sâu. Hơn nữa, kết quả dễ vỡ, dễ bị nứt và khó tạo hình và tái chế.

Các nhà nghiên cứu được lấy cảm hứng từ hai chất liệu có thể được tìm thấy trong thiên nhiên - tơ nhện và gỗ. Tơ nhện có đặc tính cơ học vô song từ mức độ liên kết phân tử cao của protein tơ dọc theo các hướng sợi. Bằng cách sử dụng một polyme tinh thể lỏng (LCP) như một nguyên liệu nguyên liệu FDM, các nhà nghiên cứu đã có thể tái tạo sự liên kết cao này. Ngoài ra, các đặc tính sợi dị hướng được sử dụng bằng cách điều chỉnh định hướng cục bộ của đường dẫn in theo các điều kiện tải cụ thể do môi trường áp đặt. Nguyên tắc thiết kế này được lấy cảm hứng từ khả năng của mô sống như gỗ để sắp xếp các sợi dọc theo các dòng ứng suất được phát triển trong toàn bộ cấu trúc được tải khi nó phát triển và thích ứng với môi trường của nó.

Mẫu in 3D của mẫu vật với các dòng in theo các đường căng thẳng và cảm hứng sinh học được biểu diễn bằng một nút gỗ.

Kết quả là các cấu trúc LCP in 3D thể hiện kiến ​​trúc phân cấp, hình học phức tạp và độ cứng chưa từng có và độ dẻo dai. Trên thực tế, chúng mạnh hơn nhiều so với các polyme in 3D hiện đại, các nhà nghiên cứu cho biết. "Khả năng kết hợp tự do định hình từ trên xuống của in 3D với điều khiển phân tử từ dưới lên trên định hướng polymer mở ra khả năng tự do thiết kế và nhận ra các cấu trúc mà không có các hạn chế điển hình của quy trình sản xuất hiện tại."

Tính chất cơ học và hình học phức tạp của các tấm laminate và các bộ phận LCP in 3D. Tất cả hình ảnh: ETH Zurich

Công nghệ này được kỳ vọng sẽ là một sự thay đổi trong một số ứng dụng về cấu trúc, y sinh và thu năng lượng khi yêu cầu vật liệu nhẹ hiệu suất cao. Khi nghiên cứu này được thực hiện bằng cách sử dụng một loại polyme sẵn có và máy in để bàn thương mại, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng các sản phẩm phụ gia và cộng đồng nguồn mở rộng lớn hơn có thể áp dụng vật liệu mới này và thiết kế kỹ thuật số và chế tạo các vật thể nhẹ và phức tạp từ LCP.

Nguồn tin: 3ders.org