Kombinacija fleksibilnosti i elastičnosti čini elastične materijale bitnima u širokom rasponu industrija, uključujući automobilsku, građevinsku i potrošnu robu. Štoviše, sve su privlačniji u novim poljima kao što su mikrofluidika, meka robotika, nosivi uređaji i medicinski uređaji. Međutim, dovoljna mehanička čvrstoća je preduvjet za svaku primjenu. Stoga je rješavanje naizgled kontradiktornih atributa između mekoće i snage uvijek bila vječna potraga.
Prirodna paukova svila ima izvanrednu snagu, pružajući stalni izvor inspiracije za dizajniranje sintetičkih mekih materijala. Iako je njegovu jedinstvenu nadgradnju teško ponoviti, općenitije načelo projektiranja slojevitih struktura daje korisne savjete za projektiranje elastičnih materijala visoke mehaničke čvrstoće. Međutim, gore navedena načela dizajna ne mogu se izravno primijeniti na 3D ispis temeljen na digitalnoj obradi svjetla (DLP). DLP ispis zahtijeva brzo stvrdnjavanje svjetlom kako bi se postiglo potrebno brzo geliranje. Stoga fotopolimerne smole tipično sadrže značajnu količinu multifunkcionalnih akrilata ili metakrilata, ozbiljno ograničavajući slobodu molekularnog dizajna. Dodatno, brzo skrućivanje može dovesti do neravnomjernog formiranja mreže i zaostalih naprezanja, što je također štetno za mehaničku izvedbu.
Potencijal za veliku proizvodnju 3D ispisa ometa njegova niska proizvodna učinkovitost (brzina ispisa) i neadekvatna kvaliteta proizvoda (mehanička izvedba). Najnoviji napredak u ultrabrzom 3D ispisu fotopolimera ublažava problem učinkovitosti proizvodnje, ali tipična mehanička svojstva tiskanog polimera još uvijek su daleko iza tradicionalnih tehnika obrade.
Nedavno su profesor Xie Tao i tim suradnika istraživača Wu Jingjuna sa Fakulteta kemijskog inženjerstva i bioinženjeringa na Sveučilištu Zhejiang objavili članak pod naslovom "Elastomeri za 3D ispis izuzetne snage i žilavosti" u časopisu Nature. Studija je izvijestila o kemiji smole ispisane 3D fotografijama koja je proizvela elastomere s vlačnom čvrstoćom od 94,6 MPa i žilavošću od 310,4 MJ m-3, daleko nadmašujući bilo koji 3D ispisani elastomer. Mehanički govoreći, to se postiže ispisivanjem dinamičkih kovalentnih veza u polimerima, dopuštajući rekonfiguraciju mrežne topologije i olakšavajući stvaranje hijerarhijskih vodikovih veza (osobito amidnih vodikovih veza), mikrofaznog razdvajanja i međusobno prožimajućih struktura, čime se sinergistički promiču izvrsna mehanička svojstva. Ovaj rad osigurava svjetliju budućnost za proizvodnju velikih razmjera koja koristi 3D ispis.
Slika 1: Kemijski dizajn 3D fotoprintiranih elastomera © 2024 Springer Nature
Slika 2. Mehanička svojstva elastomera i mehanizmi njihovog ojačavanja i žilavosti © 2024 Springer Nature
Slika 3. Elastičnost i mehanička svojstva elastomera © 2024 Springer Nature
Slika 4: Čvrsti i žilavi elastomeri koje je tiskao DLP © 2024 Springer Nature
Sposobnost 3D ispisa super jakih i ultra čvrstih materijala u ovom radu proširuje njegov raspon upotrebe u ekstremno teškim uvjetima, daleko iznad dvaju primjera predstavljenih u članku. Osim toga, prekursor tiskanja u ovom radu sintetiziran je korištenjem lako dostupnih reagensa u jednostavnim koracima, osiguravajući njegovu nisku cijenu. Iako postoje druga utvrđena načela za dizajniranje polimera s vrhunskim mehaničkim svojstvima, izazovno ih je izravno primijeniti na 3D ispis zbog strogih zahtjeva za ispis fotografija, uključujući brzo geliranje pod svjetlom i dovoljan vijek trajanja spremnika tijekom ispisa i skladištenja. Unatoč tome, oni pružaju korisne uvide za budući razvoj alternativnih materijala za 3D ispis visokih performansi. Sve u svemu, studija sugerira da 3D ispis ne ugrožava nužno mehaničke performanse, što uklanja veliku prepreku za njegovu buduću komercijalnu primjenu.
SAT NANO je najbolji dobavljač metalnog praha i legure u prahu za 3D ispis u Kini, također možemo pružiti uslugu 3D ispisa, ako imate bilo kakvih pitanja, slobodno nas kontaktirajte na sales03@satnano.com
