Сенсорные материалы: новая эра 3D-печати?

Представьте, что 3D-печатные материалы могут самостоятельно обнаруживать повреждения до того, как они станут критическими. Инженеры из Университета Глазго активно работают над созданием таких материалов, которые способны в режиме реального времени фиксировать нагрузку и деформацию посредством измерения электрического тока. Это позволяет проводить постоянный мониторинг состояния материалов, открывая новые возможности для обеспечения безопасности и улучшения контроля качества в различных отраслях.

Как работают эти сенсорные материалы? Согласно пресс-релизу Университета Глазго, “Вплетение тонких нитей углеродных нанотрубок в структуру материала дает ему способность проводить электрический ток. Это позволяет материалу контролировать свою структурную целостность через пьезорезистивность”. Если ток изменяется, это может означать, что материал поврежден или деформирован, что позволяет быстро устранить проблему.

Исследователи создали четыре разных решетчатых конструкции из полиэтеримида (PEI) с добавлением углеродных нанотрубок с помощью технологии FFF. Эти легкие структуры, получившие название "автономные сенсорные архитектурные материалы", были протестированы на прочность, жесткость, поглощающую энергию и их сенсорные возможности. Используя сложные компьютерные модели, исследователи смогли предположить, как эти материалы будут реагировать на разные нагрузки.

После этого их модели были доказаны настоящими тестами. Инженеры использовали инфракрасную тепловизионную съемку, чтобы визуализировать электрический ток в материалах и увидеть, как изменяется сопротивление при деформациях. Это позволило убедиться в точности моделей.

Сенсорные материалы открывают новые возможности для применения во многих отраслях аддитивного производства. В авиации и автомобилестроении они могут обеспечить непрерывный мониторинг структурной целостности деталей самолетов и автомобилей, что значительно повысит их безопасность. В строительстве, например, такие материалы могут применяться для мостов и тоннелей, помогая выявлять потенциальные проблемы до наступления критических повреждений.

Кроме того, исследователи считают, что их находки могут быть использованы в таких областях, как смарт-ортопедия, структурный мониторинг, сенсоры, батареи и другие многофункциональные системы.

Хотя это исследование было сосредоточено на материалах PEI с нанотрубками, подход к моделированию применим к другим материалам, созданным через 3D-печать. Команда надеется, что их работа привлечет других исследователей к дальнейшему развитию сенсорных материалов, что позволит раскрыть весь потенциал этой технологии в разных сферах.

Сенсорные материалы имеют все шансы стать ключевой инновацией в будущем аддитивного производства, предлагая новые решения для повышения безопасности, надежности и эффективности в самых разных сферах.