Druk 3D z aerożeli – gdzie może znaleźć zastosowanie?

Naukowcy z całego świata pracują nad nowymi sposobami wykorzystania aerożeli w skali mikro w druku 3D. Pracownicy Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Materiałoznawstwa i Technologii (EMPA) opisali metody wykorzystania aerożeli krzemionkowych w technologiach przyrostowych. Taki materiał ma niską gęstość, a przy tym bardzo dobre właściwości termoizolacyjne. Znajduje swoje zastosowanie w optyce i fizyce. Używany jest również do izolacji termicznej.

W przeszłości, aerożele krzemionkowe były bardzo trudne w obróbce, ze względu na ich wysoką kruchość. Skłoniło to naukowców do opracowania nowej techniki wytwarzania przyrostowego z tego materiału. Nowa metoda nosi nazwę direct ink writing (DIW). 

Do tej metody druku 3D używa się zawiesiny proszku aerożelu krzemionkowego, będącej płynem pseudoplastycznym.  Umożliwia to lepsze płynięcie materiału, ale przy zachowaniu wyższej lepkości wydruku i adhezji warstw. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie stabilnych elementów wykonanych z czystej krzemionki. Głównym założeniem naukowców z EMPA było ulepszenie aerożelu krzemionkowego pod kątem małoformatowych zastosowań w druku 3D, w tym przypadku o grubości ścianek zaledwie jednej dziesiątej milimetra. 

Pomimo niskiej przewodności cieplnej tego materiału, posiada on dobre właściwości mechaniczne. Według badaczy, elementy wykonane z aerożelu krzemionkowego można wiercić i frezować. W przeprowadzonym badaniu wykonano w 3D projekt w kształcie kwiatu lotosu. Dzięki temu ukazano możliwość wytwarzania złożonych geometrii i nakładania materiału pod kątem.

Ze względu na drukowanie 3D w małej skali, elementy będą mogły być użyte do termicznej izolacji elektroniki. Pozwoli to odseparować oddziałujące na siebie komponenty elektroniczne i radzić sobie z przegrzewaniem elementów. 

Naukowcy opracowali również projekt termomolekularnej pompy gazowej (Knudsena), wykonanej m.in. z materiałów aerożelowych, jednostronnie wzmocnionych i nanocząsteczkami tlenku manganu. Taka pompa jest używana do kontroli przepływu gazu w różnych zastosowaniach. W tym przypadku ciemna strona materiału nagrzewa się pod wpływem światła i pompuje gaz lub uwalnia opary. Technologia DIW daje również możliwość wykorzystania aerozoli w zastosowaniach medycznych. Pozwala ona na ochronę tkanek ciała przed temperaturą powyżej 37 stopni Celsjusza. 

Źródło: 3dprint.com