3D-печать шин и обуви, которые самостоятельно ремонтируются

самовосстанавливающийся эластомер

Вместо того, чтобы выбрасывать сломанные ботинки или потрескавшиеся игрушки, почему бы не дать им починиться? Исследователи из инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии разработали 3D-печатные резиновые материалы, которые могут сделать именно это.

Доцент Qiming Wang работает в мире 3D-печатных материалов, создавая новые функции для самых разных целей, от гибкой электроники до управления звуком. Теперь, работая со студентами Витерби Кунхао Ю, Ань Синем и Хайшу Ду, а также с ассистентом профессора Университета Коннектикута Ин Ли, они создали новый материал, который можно быстро изготовить и который способен восстанавливать сам себя, если он сломается или проколется. Этот материал может изменить ситуацию в таких отраслях, как производство обуви, шин, мягкой робототехники и даже электроники, сократив время изготовления при одновременном увеличении срока службы и долговечности изделия.

Доцент Qiming Wang и его команда создали 3D-печатный резиновый материал, который способен восстанавливаться после поломки. Здесь материал использовался для мягкого роботизированного привода, способного поднимать вес до и после разрезания пополам.

Материал изготовлен с использованием метода 3D-печати, в котором используется фотополимеризация. В этом процессе используется свет для затвердевания жидкой смолы желаемой формы или геометрии. Чтобы сделать его самовосстанавливающимся, им пришлось немного глубже погрузиться в химию материала.

Фотополимеризация достигается посредством реакции с определенной химической группой, называемой тиолами. Добавляя окислитель в уравнение, тиолы превращаются в другую группу, называемую дисульфиды. Это дисульфидная группа, которая способна реформироваться при разрушении, что приводит к способности к самоисцелению. Поиск правильного соотношения между этими двумя группами был ключом к раскрытию уникальных свойств материалов.

«Когда мы постепенно увеличиваем количество окислителя, самовосстановление становится сильнее, но фотополимеризация становится слабее», – объяснил Ван. «Существует конкуренция между этими двумя видами поведения. И в итоге мы нашли соотношение, которое может обеспечить как высокое самовосстановление, так и относительно быструю фотополимеризацию».

Всего за 5 секунд они могут напечатать квадрат размером 17,5 миллиметра, завершая целые объекты за 20 минут, которые могут восстановить себя всего за несколько часов. В своем исследовании, опубликованном в NPG Asia Materials ( «Аддитивное производство самовосстанавливающихся эластомеров» ), они демонстрируют способность своего материала к целому ряду продуктов, включая обувную подушку, мягкий робот, многофазный композит и электронный датчик.

После разрезания пополам всего за два часа при температуре 60 градусов по Цельсию (четыре для электроники из-за углерода, используемого для передачи электричества) они полностью зажили, сохранив свою силу и функцию. Время ремонта можно уменьшить, просто подняв температуру.

«На самом деле мы показываем, что при разных температурах – от 40 градусов Цельсия до 60 градусов Цельсия – материал может излечиться почти до 100 процентов», – сказал Ю, который был первым автором исследования и изучает конструкцию конструкций. «Изменяя температуру, мы можем манипулировать скоростью заживления, даже при комнатной температуре материал все еще может самовосстанавливаться».

После успехов в разработке 3D-печатаемых мягких материалов, они теперь работают над созданием различных самовосстанавливающихся материалов в диапазоне жесткостей, от современной мягкой резины до жестких твердых пластмасс. Их можно использовать для деталей автомобилей, композитных материалов и даже бронежилетов.

Источник:www.nanowerk.com