Rotacyjny druk przestrzenny – nowa metoda wytwarzania materiałów o zwiększonej odporności na uszkodzenia

0

Niedawno na łamach naszego portalu pojawił się tekst o druku przestrzennym metamateriałów, których właściwości są zależne od struktury w skali większej niż cząsteczkowa. Eksperymenty nad budową w skali makro jak i również próby ulepszania składu materiałów do druku przestrzennego prowadzą jednocześnie do coraz bardziej dynamicznego rozwoju nowych technik wytwarzania.

Naukowcom działającym w jednostce Uniwersytetu Harvarda, odpowiedzialnej za badania na polu inżynierii i nauk stosowanych udało się opracować innowacyjną metodę „rotacyjnego druku przestrzennego„, który ma znaleźć zastosowanie w produkcji elementów cechujących się wysoką wytrzymałością na obciążenia mechaniczne. Nietypowa konstrukcja urządzenia może, jak zapewniają twórcy, zwiększyć kontrolę nad kierunkiem układania mikrowłókien osadzanych w matrycach polimerowych, co prowadzi do otrzymywania struktur o dokładnie określonych właściwościach mechanicznych.

Naukowcy prowadząc cykl badań skupili się nie tylko na właściwościach samego materiału, ale również na ulepszeniu technologii wytwarzania. Ich rozwiązanie bazuje na konstrukcji wykorzystującą obrotową głowicę, która w precyzyjny sposób potrafi kontrolować kierunek włókien, którymi nasycane jest tworzywo bazowe (testy obejmują jak na razie wykorzystanie materiałów epoksydowych w roli matrycy). Dokładne ukierunkowanie struktur pozwala na addytywną produkcję materiałów strukturalnych, które wyróżniają się pod względem wytrzymałości, sztywności i odporności na uszkodzenia.

Jennifer A. Lewis, koordynator projektu, na tle prototypu konstrukcji

Dokładne określenie właściwości mechanicznych związane jest z możliwością zaprogramowania ruchów głowicy nanoszącej włókna oraz optymalizację jej prędkości kątowej czy szybkości poruszania się. Jak przyznaje Jennifer A. Lewis, odpowiedzialna za nadzorowanie prac nad projektem, stworzenie tak zaawansowanego systemu kontrolowanego nakładania mikrowłókien umożliwia dokładniejsze odwzorowywanie struktur występujących w przyrodzie, pozwalając tworzyć substytuty m.in. drewna czy tkanek kostnych.

Nie jest to pierwszy projekt, kiedy naukowcy zafascynowani światem przyrody łączą zagadnienia druku przestrzennego z pojęciem mimetyzmu. Wcześniej mieliśmy do czynienia z próbami optymalizacji materiałów, bazując na mechanizmach wykształconych przez zwierzęta – m.in. tworzenie antybakteryjnych powłok inspirowanych skrzydłami owadów.

Stworzona przez Harvardzkich badaczy technologia ma pozwolić na „odtworzenie” naturalnych materiałów poprzez uzyskiwanie optymalnych układów włókien na wybranych obszarach drukowanego przestrzennie elementu (np. w  krytycznych miejscach, szczególnie narażonych na uszkodzenie). Ponadto, naukowcy uważają, że ich proces jest o wiele bardziej skuteczny niż orientowanie kierunku ułożenia włókien za pomocą pól magnetycznych lub elektrycznych.

Jednakże, jedynym przeznaczeniem urządzenia nie jest wcale nasycanie materiałów wzmacniającymi włóknami – badacze twierdzą, że rotacyjna głowica może znaleźć zastosowanie również w modyfikacjach klasycznych technologii FDM. Prowadzone prace mają w najbliższej przyszłości umożliwić wytwarzanie mocniejszych i odporniejszych na uszkodzenia części także z materiałów termoplastycznych.

Źródło: 3ders.com

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Redaktor Naczelna Centrum Druku 3D. Inżynier biomedyczny śledzący najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie.