Zespół ze Szwajcarii opracował proces polegający na stworzeniu rusztowania z żelu, które następnie nasyca się solami metali i przekształca w nanocząstki, a potem poddaje obróbce cieplnej, aby uzyskać ostateczny, stały kształt. Powstałe w ten sposób materiały są mocniejsze i mniej podatne na odkształcenia niż te wykonane tradycyjnymi metodami – informuje portal scitechdaily.com.
Hydrożel w druku 3D: nowa technologia tworzenia metali i ceramiki
W dotychczasowej technice druku 3D, w której płynna żywica reagująca na światło jest wlewana do pojemnika, a następnie utwardzana warstwa po warstwie za pomocą lasera lub światła ultrafioletowego, powstaje trójwymiarowy kształt. Jednak metoda ta ma ograniczenia – działa tylko w przypadku polimerów światłoczułych, co zawęża liczbę możliwych do uzyskania materiałów.
Niektóre techniki druku 3D próbowały obejść to ograniczenie, przekształcając wydrukowane polimery w metale lub ceramikę. Jednak, jak zauważa Daryl Yee, kierownik Laboratorium Chemii Materiałów i Produkcji na Wydziale Inżynierii Politechniki Federalnej w Lozannie (EPFL), jakość takich materiałów często pozostawia wiele do życzenia. „Te materiały mają tendencję do porowatości, co znacząco obniża ich wytrzymałość, a ponadto elementy ulegają nadmiernemu skurczeniu, powodującemu deformacje” – mówi Yee.
Czytaj więcej
Naukowcy z uniwersytetu w Cambridge stworzyli nowy rodzaj superżelu, który ma bardzo podobne właściwości do nietłukącego się szkła Jest też bardzo...
Aby rozwiązać te problemy, Yee i jego zespół opracowali innowacyjną metodę, opisaną w czasopiśmie „Advanced Materials”. Zamiast utwardzać żywicę zawierającą już związki metali, badacze zaczynają od druku 3D konstrukcji z prostego żelu na bazie wody, zwanego hydrożelem. Ta „pusta” struktura jest następnie zanurzana w roztworze soli metali, które chemicznie przekształcają się w drobne nanocząstki metalu, równomiernie rozprowadzone w całym żelu. Proces można powtarzać wielokrotnie, aby zwiększyć stężenie metalu w materiale – informuje scitechdaily.com.
Wytrzymałe materiały z druku 3D: metale i ceramika o wysokiej gęstości
W efekcie powstaje wyjątkowo gęsty i trwały obiekt. Ponieważ sole metali są wprowadzane dopiero po etapie drukowania, z jednego modelu hydrożelowego można uzyskać różne metale, ceramikę lub materiały kompozytowe.
„Nasze badania nie tylko umożliwiają wytwarzanie wysokiej jakości metali i ceramiki za pomocą dostępnej, niskokosztowej technologii druku 3D, ale też wprowadzają nowy paradygmat w druku przyrostowym – wybór materiału następuje po procesie drukowania, a nie przed nim” – podsumowuje Yee w rozmowie z scitechdaily.com.
Czytaj więcej
Skóra, która sama leczy 90 proc. skaleczeń w ciągu zaledwie 4 godzin i całkowicie się regeneruje w ciągu 24 godzin. To nie marzenie. Naukowcy właśn...
Na potrzeby badań zespół wydrukował z żelaza, srebra i miedzi skomplikowane struktury geometryczne zwane gyroidami, demonstrując zdolność techniki do tworzenia mocnych, a zarazem złożonych form. Aby przetestować ich wytrzymałość, naukowcy użyli uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej, która stopniowo zwiększała nacisk na struktury.
„Nasze materiały wytrzymały nacisk 20 razy większy niż te wytworzone wcześniejszymi metodami, przy jednoczesnym skurczu wynoszącym jedynie 20 proc., w porównaniu z 60–90 proc.” – mówi doktorant i główny autor publikacji, Yiming Ji.
Badacze podkreślają, że ich technika ma szczególny potencjał w produkcji zaawansowanych konstrukcji 3D, które muszą być jednocześnie lekkie, mocne i złożone – takich jak czujniki, urządzenia biomedyczne czy systemy konwersji i magazynowania energii.
Inne zastosowania mogą obejmować metale o dużej powierzchni aktywnej i zaawansowanych właściwościach chłodzących w technologiach energetycznych.
