محققان راهی برای چاپ سهبُعدی با پلیمرهای کریستالی مایع یافتند.
مجله علمی ایلیاد - گروهی از محققان دانشگاه زوریخ در سوئیس، با استفاده از چاپگرهای میزیِ ارزانقیمت که بهتر از چاپگرهای پلمیری مدرن کار میکنند و رقیب مواد سبکوزنِ دارای بالاترین عملکرد هستند، روشی برای چاپ سهبُعدی مواد قابل بازیافت یافتند.
ساختارهای پلیمری تقویتشده با فیبر، اغلب زمانی مورد استفاده قرار میگیرند که به مواد نرم سبکوزن نیاز باشد، مانند هواپیما، وسایل نقلیه و ایمپلنتهای زیستپزشکی. چنین مواد سبکوزنی، به رغم سختی و قدرت بسیار زیادشان، به فرآیندهای تولید انرژی و نیروی کار نیاز دارند، شکنندگی آنها معمولی است و شکل دادن به آنها و بازیافتشان دشوار است.
این در تضاد کاملی با مواد بیولوژیک سبکوزنی مانند استخوان، ابریشم و چوب است که به وسیلهی شکلهای ساختاریافتهی سلسله مراتبی با خواص مکانیکی برجسته به شکل پیچیدهای در میآیند و به طور مداوم با محیط ترکیب میشوند.
«سیلوان گانتنبین» و همکارانش از دانشگاه ETH زوریخ، توانستند با مادهی قابل بازیافت واحدی با خواص مکانیکیای که بهتر از سایر پلیمرهای موجود است و میتواند حتی با کامپوزیتهای تقویتشده با فیبر رقابت کند، اشیاء را چاپ کنند.
آنها توضیح دادند: «ما از دو مادهی طبیعی الهام گرفتیم؛ ابریشم عنکبوت و چوب. ابریشم عنکبوت خواص مکانیکی بینظیر خود را از تراز بسیار بالای مولکولیِ پروتئینهای ابریشمی در امتداد مسیرهای فیبر، بهدست میآورد. اولا�' تولید مجدد این تراز بالا در طول اکستروژنی از دهانهی مدلسازی رسوبگیری جوشخورده «FDM» با استفاده از پلیمر کریستالی مایع «LCP» به عنوان مادهی اولی، FDM ممکن بود که منجر به ایجاد خواص مکانیکی بیسابقهای در مسیر رسوب شد. ثانیاً، خواص غیرایزوتروپیکی فیبر به وسیلهی سازماندهی جهت موضعی مسیر چاپ بر اساس شرایط بارگیری خاصی که توسط محیط اعمال شده است، مورد استفاده قرار گرفت. این اصل طراحی، از توانایی بافت زندهای مانند چوب برای مرتبسازی فیبرها در امتداد خطوط مهمی که در سراسر مراحل رشد ساختار و سازگاری آن با محیط ایجاد شده، الهام گرفته شده است.»
این ساختار LCP چاپشدهی سهبُعدی بسیار قویتر از پلیمرهای چاپشدهی سهبُعدی مدرن است و به مراحل تولید انرژی و کار که در تکنولوژیهای فعلی تولید کامپوزیت وجود دارد، نیازی ندارد. این پژوهشگران گفتند: «آزادی در طراحی که با استفاده از چاپگر سهبُعدی بهدست میآید، میتواند برای ساخت هندسههای پیچیدهتر با معماریهای خط چاپ پیچیده، مورد استفاده قرار گیرد. در کنار این واقعیت که این ساختارهای چاپشده میتوانند بازیافت شوند، درنهایت تولید ساختارهای FDM که میتواند در صنعت به عنوان بخشهای ساختاریِ سبکوزن مورد استفاده قرار بگیرد، نیز باید ممکن باشد.»
کار این گروه در مجلهی Nature به چاپ رسیده است.
نوشته: SciNews
ترجمه: زهرا جهانبانی - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: زهرا جهانبانی - مجله علمی ایلیاد