研究人員受蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)開發(fā)了3D打印防沖擊材料

魔猴君  行業(yè)資訊   1494天前

來自蒙特利爾理工大學機械工程系的Candian研究人員團隊使用3D打印設(shè)計了一種紡織物，該紡織最多可吸收96％的沖擊力而不會破裂。該團隊從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯（PC）制成膠粘劑，為電話和其他易碎技術(shù)設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物。選擇PC長絲是因為它在通過熔融長絲制造（FFF）3D打印機擠出時粘度低。將來，這種3D打印材料可以用于制造防彈玻璃，甚至可以應(yīng)用于航空領(lǐng)域，作為飛機發(fā)動機的保護涂層。

制造3D打印的防碎材料

研究人員對聚碳酸酯進行加熱以制造這種材料，就像加熱聚合物一樣，它會成型為類似于蜂蜜的粘性粘合劑，可用于復(fù)制蜘蛛網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)的特性。該團隊希望通過吸收沖擊力來重新創(chuàng)建這些特性，這在抵抗獵物的沖擊時得到了證明。為此，研究人員使用了不穩(wěn)定性輔助的熔融長絲制造（IFFF）3D打印機來創(chuàng)建透明且吸收沖擊的3D打印材料。在IFFF過程中，PC被部分熔化，然后快速擠出到打印平臺上。

FrédérickGosselin教授的團隊加熱了聚碳酸酯，并“編織”了一系列厚度不足2mm的纖維。重復(fù)該過程，并以90°角3D打印多根纖維，直到整個“纖維網(wǎng)”固化為止。在此過程中，熔融塑料會形成圓圈，形成一系列環(huán)。根據(jù)Gosselin教授的說法，這些環(huán)將變成犧牲鏈，在印刷后，這些環(huán)是可去除的結(jié)合物，從而賦予纖維額外的強度。她補充說：“發(fā)生撞擊時，這些犧牲環(huán)節(jié)會吸收能量并斷裂，以維持纖維的整體完整性-類似于絲綢蛋白。”

該團隊從蜘蛛網(wǎng)中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯制成膠粘劑

為電話和其他易碎技術(shù)設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物。圖片來自蒙特利爾理工大學

測試防碎材料的強度

該研究的目的是在微觀尺度上開發(fā)一種機制，以創(chuàng)建一種新型的沖擊吸收纖維，該纖維可以釋放大量能量而不會破裂。為此，該報告調(diào)查了材料的纖維在纏繞時的行為。進行了沖擊測試，以查看將3D打印材料嵌入玻璃窗格是否可以防止其碎裂。據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解，材料不會在某些地方變形，而不會破碎，但塑料薄片的整體形狀將保持完整。當團隊想看看它是否可以接住自由落體的棒球時，人造蜘蛛網(wǎng)就經(jīng)過了進一步的測試。將500克棒球從66厘米高處掉落到掉落的沖擊測試儀上。該測試突出了棒球與材料接觸時的影響。在撞擊下，棒球的動能在很大程度上被犧牲性紐帶的斷裂和其隱藏長度的展開所消散。結(jié)果顯示出與蜘蛛網(wǎng)相同的能量耗散機制。

團隊希望了解3D打印材料是否可以抓住自由落下的500克棒球，該棒球從66厘米高處掉落到落沖擊測試儀上。

圖片來自蒙特利爾理工大學

聚碳酸酯和3D打印

近年來，許多公司已將聚碳酸酯絲用于許多項目。今年早些時候，3D打印材料提供商Polymaker為其Stratasys子公司MakerBot LABS鑒定了三種PC材料，并使其可以在METHOD X3D打印機上進行打印。新添加的產(chǎn)品減少了翹曲和卷曲，并且PC可以使METHOD X用戶獲得PC強大的機械和熱性能，并且可以將METHOD的產(chǎn)品組合增加到總共9種材料。

此前，Polymaker還與德國高性能聚合物制造商科思創(chuàng)（Covestro）合作推出了三種專門用于3D打印的新型PC基材料。 熱塑性聚合物被設(shè)計為包含可應(yīng)用于航空航天和電子行業(yè)的特定性能。

此外，上周，科思創(chuàng)使用Formnext Connect的虛擬舞臺介紹了一種新型且更具可持續(xù)性的3D打印材料系列。 新的長絲生產(chǎn)線將通過其Addigy系列解決循環(huán)經(jīng)濟概念，該系列部分由再生塑料制成。 環(huán)保聚合物可以擴大3D打印的潛在環(huán)境效益，例如以需求為導(dǎo)向的生產(chǎn)和減少的材料浪費。

來源：https://www.3ddayin.net/3ddayincailiao/qitacailiao/39812.html