Самовідновлювані полімери підвищують міцність 3D-друкованих деталей

    Вчені з Рочестерського технологічного інституту (RIT) досліджують способи зробити 3D-друковані матеріали більш міцними, розробляючи полімери, які можуть відновлюватися після пошкодження.

  Дослідження під керівництвом Крістофера Льюїса зосереджено на створенні фотополімерів, що реагують на подразники та здатні самовідновлюватися при пошкодженні, покращуючи стійкість 3D-друкованих виробів. Ці матеріали спочатку є рідкими смолами, подібними за консистенцією до суперклею, і в процесі літографії вибірково тверднуть, шар за шаром під час друку. Після затвердіння вони демонструють властивості самовідновлення, які можуть продовжити термін служби друкованих деталей.

   Як професор Коледжу інженерних технологій RIT, Льюїс сказав, що метою команди є створення синтетичних матеріалів, які відтворюють відновлювальні можливості біологічних систем. Хоча живі тканини можуть регенеруватися після травми, «це не стосується синтетичних матеріалів чи штучних об'єктів», – сказав Льюїс. «Наша робота з самовідновлювальними матеріалами - це погляд на те, як ми можемо розробляти системи, що імітують властивості цих природних матеріалів».

   Однією з постійних проблем адитивного виробництва є крихкість матеріалів, особливо для компонентів, що використовуються в несучих пристроях. З часом можуть утворюватися тріщини, що призводить до руйнування. Щоб вирішити цю проблему, група Льюїса поєднала смолу, що твердне ультрафіолетом, з термопластичною добавкою, щоб створити міцнішу суміш, яка може посилити пошкоджені ділянки. Матеріал також демонструє пам'ять форми, тобто він може повернутися до своєї початкової форми після деформації.

    Проєкт, що підтримується Міністерством оборони США (DoD) та здійснюється у партнерстві з Центром AMPrint Інституту сучасного мистецтва та техніки (RIT), зараз зосереджений на точному налаштуванні хімічного складу смоли для балансування світлочутливості та в'язкості. Обидві якості є важливими для досягнення стабільної та надійної роботи друку.

  Здатність до самовідновлення виникає завдяки процесу, відомому як полімеризаційно-індуковане фазове розділення (PIPS). Під впливом світла рідка смола починає тверднути, а термореактивні та термопластичні компоненти поступово розділяються. Це створює динамічну внутрішню структуру, яка зміщується та стабілізується під час затвердіння, нагадуючи плавний рух лавової лампи.

  Льюїс пояснив, що це фазове розділення є ключовим для того, як матеріал відновлюється. Попередні дослідження термопластичних сумішей показали, що подібна структурна динаміка дозволяє полімерам закривати тріщини та відновлювати цілісність. Ці дані керували поточними експериментами команди з фотореактивними системами.

   Дослідники вважають, що самовідновлювальні полімери можуть призвести до створення деталей, виготовлених за допомогою 3D-друку, які будуть надійнішими для використання в робототехніці, електроніці та біомедичних пристроях. Завдяки підвищенню стійкості та зменшенню потреб в обслуговуванні, ця технологія може допомогти знизити виробничі витрати та розширити можливості адитивного виробництва.

  Самовідновлювальні властивості також є бажаними в 3D-друку, а можливість інтегрувати подібні функції в друковані матеріали потенційно може відкрити абсолютно нові області для адитивного виробництва.