Сенсорні матеріали: нова ера 3D-друку?

Уявіть, що 3D-друковані матеріали можуть самостійно виявляти пошкодження до того, як вони стануть критичними. Інженери з Університету Глазго активно працюють над створенням таких матеріалів, які здатні в режимі реального часу фіксувати навантаження та деформації за допомогою вимірювання електричного струму. Це дозволяє здійснювати постійний моніторинг стану матеріалів, відкриваючи нові можливості для забезпечення безпеки та покращення контролю якості у різних галузях.

Як працюють ці сенсорні матеріали? Відповідно до прес-релізу Університету Глазго, “Вплетення тонких ниток вуглецевих нанотрубок у структуру матеріалу надає йому здатність проводити електричний струм. Це дозволяє матеріалу контролювати свою структурну цілісність через п’єзорезистивність”. Якщо струм змінюється, це може означати, що матеріал пошкоджений або деформований, що дозволяє швидко усунути проблему.

Дослідники створили чотири різні решітчасті конструкції з поліетеріміду (PEI) з додаванням вуглецевих нанотрубок за допомогою технології FFF. Ці легкі структури, які отримали назву "автономні сенсорні архітектурні матеріали", були протестовані на міцність, жорсткість, здатність поглинати енергію та їх сенсорні можливості. Використовуючи складні комп'ютерні моделі, дослідники змогли передбачити, як ці матеріали реагуватимуть на різні навантаження.

Після цього їхні моделі були підтверджені реальними тестами. Інженери використовували інфрачервону тепловізійну зйомку, щоб візуалізувати електричний струм у матеріалах і побачити, як змінюється опір при деформаціях. Це дозволило переконатися в точності моделей.

Сенсорні матеріали відкривають нові можливості для застосування в багатьох галузях адитивного виробництва. В авіації та автомобілебудуванні вони можуть забезпечити безперервний моніторинг структурної цілісності деталей літаків і автомобілів, що значно підвищить їхню безпеку. У будівництві, наприклад, такі матеріали можуть застосовуватися для мостів та тунелів, допомагаючи виявляти потенційні проблеми до настання критичних пошкоджень.

Крім того, дослідники вважають, що їхні знахідки можуть бути використані в таких сферах, як смарт-ортопедія, структурний моніторинг, сенсори, батареї та інші багатофункціональні системи.

Хоча це дослідження було зосереджене на матеріалах PEI з нанотрубками, підхід до моделювання можна застосувати до інших матеріалів, створених через 3D-друк. Команда сподівається, що їхня робота заохотить інших дослідників до подальшого розвитку сенсорних матеріалів, що дозволить розкрити весь потенціал цієї технології в різних галузях.

Сенсорні матеріали мають усі шанси стати ключовою інновацією у майбутньому адитивного виробництва, пропонуючи нові рішення для підвищення безпеки, надійності та ефективності у найрізноманітніших сферах.