Co można zrobić, mając drukarkę 3D i filament z grafenem?

2

Grafen, znany od nieco ponad dekady supermateriał, jest od niedawna dostępny jako filament do drukarek 3D, w postaci nanokompozytu z PLA. Do czego może nam się przydać?

Nowa postać grafitu zwana grafenem, wyodrębniona po raz pierwszy zaledwie 11 lat temu na Uniwersytecie w Manchesterze rozpala wyobraźnię naukowców i wynalazców na całym świecie. Wśród proponowanych zastosowań dla grafenu są m.in.: niezwykle cieńkie, a do tego przeźroczyste kamizelki kuloodporne, elastyczne wyświetlacze, superwytrzymałe prezerwatywy czy soczewki kontaktowe z wbudowanym noktowizorem

W marcu tego roku spółka Graphene 3D Lab wypuściła pierwszy filament do druku 3D zawierający grafen. Jest to nanokompozyt PLA z nanopłatkami grafenowymi. Materiał, pomimo swojej wysokiej ceny (389,90 zł brutto/200 gr), jest rozchwytywany. Aktualnie średni czas oczekiwania na zamówiony materiał wynosi około 2 tygodni i jest to dość niespotykane zjawisko, jeśli chodzi o filamenty.

Choć nanokompozyt PLA i grafenu wykazuje część właściwości charakterystycznych dla tego ostatniego materiału, jest to ledwie namiastka tego, co prezentuje on sobą w czystej postaci. Nie łudźmy się zatem, że z grafenowego filamentu wydrukujemy elementy wytrzymałe niczym zbroja Iron Mana. Co zatem możemy zdziałać, mając pod ręką drukarkę 3D i filament z grafenem?

Ścieżki przewodzące prąd

Najważniejszą właściwością grafenowego filamentu jest jego zdolność do przewodzenia prądu, chociaż musimy się w tym wypadku ograniczyć do napięcia maksymalnie 12V i źródła zasilania do 100 mA.

Grafenowy filament oszczędzi nam czasu i wysiłku związanego z wykonywaniem płytek PCB dla naszych projektów. Przy użyciu nanokompozytu PLA i grafenu możemy nadrukować ścieżki bezpośrednio na elementy plastikowe. Największy pożytek z tego faktu będą mieli właściciele drukarek dwugłowicowych, ze względu na możliwość ukrycia ścieżek wewnątrz modelu. Dodatkowo możliwe jest wydrukowanie elastycznych obwodów, poprzez naniesienie cieńkich ścieżek z grafenowego nanokompozytu na podstawę wykonaną z elastycznych filamentów typu NinjaFlex czy Bendlay flex.

Wytrzymalsze części

Sam grafen jest 100 razy twardszy i 300 razy bardziej wytrzymały na rozciąganie od stali. Jego nanokompozyt z PLA nie ma aż tak ekstremalnych właściwości, jednak wydruki z niego będą mechanicznie wytrzymalsze niż PLA czy ABS. Dlatego z grafenowego filamentu możemy drukować przeróżne elementy, które mają być potem poddawane naprężeniom lub obrabiane.

Ekrany elektromagnetyczne

Jeśli mielibyśmy taką potrzebę, z grafenowego filamentu wydrukujemy także ekrany chroniące przed polem elektromagnetycznym. Przyda nam się to np. będziemy chcieć uniknąć błędnych odczytów w bardzo czułych urządzeniach pomiarowych.

Czujniki

Z grafenowego filamentu możemy także wydrukować pojemnościowe czujniki dotykowe. Przed nami otwiera się świat własnej produkcji kontrolerów do gier, elektronicznych instrumentów muzycznych i innego typu urządzeń wejściowych.

A jakie są Wasze pomysły na wykorzystanie filamentu z grafenem?

Udostępnij.

O autorze

Adela Walczak

Specjalistka w dziedzinie szeroko pojętego Rapid Prototyping'u, kształciła się na kierunkach: Matematyka Stosowana, Product Design Engineering oraz Papiernictwo i Poligrafia. Jest aktualną wicemistrzynią Polski w Curlingu, w przeszłości reprezentowała kraj m.in. na Mistrzostwach Świata.

  • Ok po kolei. Sam grafen nie jest jeszcze nawet produkowany na skale przemysłową, a jeśli będzie to w ilościach około 5 ton rocznie. Na pewno nie będzie wykorzystywany do produkcji filamentów. Głównym wyróżnikiem grafenu jest jego struktura. Zmielenie go i zrobienie „nano płatków grafenu” czyni go zwykłym grafitem, takim jak z ołówka.
    W artykule mamy więc do czynienia z kompozytem PLA i Grafitu [nie grafenu] które na rynku dostępne są od kilku lat w cenach około 30-50 USD za 500gr [wystarczy wygooglać PLA Conductive filament]. Filament ten nie ma żadnych z właściwości fizycznych grafenu. Ma rezystancje około 1200 Ohm na cm, stąd pewnie ograniczenia co do max napięcia i prądu. Bo przy większej mocy po prostu PLA zaczęło by mięknąć.
    Robienie z grafenu ekranów elektromagnetycznych tez nie wchodzi w grę. Dać się da, ale tak taniej użyć aluminium lub miedzi.
    Drukowanie elastycznych obwodów na substracie z ninjaflex też może być kłopotliwe. Bo co z tego, że ninjaflex się wygnie, jak ścieżki już nie?

    Grafen plus druk 3D to fajne combo dwóch ekstra hiper technologii. Ktoś bardzo fajnie wykorzystał to aby nieco zarobić na niewiedzy użytkowników sprzedając go za około 8x większą cenę niż dotychczas.

    • Radosław Adamski

      Bzdury. Po pierwsze grafen jest produkowany na skalę przemysłową. Jest nawet w rakiecie tenisowej Djokovica (rakiety Head). Sam grafen można nawet w Polsce kupić w ilościach hurtowych jako płatki grafenu albo w innych formach np na stronie Nanotech. Poza tym produkcja płatków grafenu nie polega na „zmieleniu” grafenu. Wręcz przeciwnie. Płatki grafenu powstają właśnie z grafitu. Grafit to tysiące płatków grafenu nałożonych na siebie. Jest wiele sposobów na wytworzenie grafenu i rozwarstwienie grafitu to jeden z nich. Co do własności fizycznych to filament 3D z grafenem będzie elastyczny. Ścieżki nie zostaną przerwane przy zginaniu. Tak się dzieje z filamentem z grafitem, bo podczas zginania grafit się rozwarstwia i zaczyna pękać i słabo przewodzić elektryczność. Według mnie filament z grafenem będzie miał zastosowanie w przyszłości, ale trzeba go dużo bardziej dopracować – przenieść więcej właściwości grafenu na faktyczne właściwości filamentu.