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   1488天前

來(lái)自蒙特利爾理工大學(xué)機(jī)械工程系的Candian研究人員團(tuán)隊(duì)使用3D打印設(shè)計(jì)了一種紡織物，該紡織最多可吸收96％的沖擊力而不會(huì)破裂。該團(tuán)隊(duì)從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過(guò)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(zhǎng)絲是因?yàn)樗谕ㄟ^(guò)熔融長(zhǎng)絲制造（FFF）3D打印機(jī)擠出時(shí)粘度低。將來(lái)，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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)涂層。

制造3D打印的防碎材料

研究人員對(duì)聚碳酸酯進(jìn)行加熱以制造這種材料，就像加熱聚合物一樣，它會(huì)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(tuán)隊(duì)希望通過(guò)吸收沖擊力來(lái)重新創(chuàng)建這些特性，這在抵抗獵物的沖擊時(shí)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(zhǎng)絲制造（IFFF）3D打印機(jī)來(lái)創(chuàng)建透明且吸收沖擊的3D打印材料。在IFFF過(guò)程中，PC被部分熔化，然后快速擠出到打印平臺(tái)上。

FrédérickGosselin教授的團(tuán)隊(duì)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(guò)程，并以90°角3D打印多根纖維，直到整個(gè)“纖維網(wǎng)”固化為止。在此過(guò)程中，熔融塑料會(huì)形成圓圈，形成一系列環(huán)。根據(jù)Gosselin教授的說(shuō)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(qiáng)度。她補(bǔ)充說(shuō)：“發(fā)生撞擊時(shí)，這些犧牲環(huán)節(jié)會(huì)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?！?/span>

該團(tuán)隊(duì)從蜘蛛網(wǎng)中汲取了靈感，通過(guò)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(lái)自蒙特利爾理工大學(xué)

測(cè)試防碎材料的強(qiáng)度

該研究的目的是在微觀尺度上開發(fā)一種機(jī)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(huì)破裂。為此，該報(bào)告調(diào)查了材料的纖維在纏繞時(shí)的行為。進(jìn)行了沖擊測(cè)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(guó)3D打印網(wǎng)了解，材料不會(huì)在某些地方變形，而不會(huì)破碎，但塑料薄片的整體形狀將保持完整。當(dāng)團(tuán)隊(duì)想看看它是否可以接住自由落體的棒球時(shí)，人造蜘蛛網(wǎng)就經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步的測(cè)試。將500克棒球從66厘米高處掉落到掉落的沖擊測(cè)試儀上。該測(cè)試突出了棒球與材料接觸時(shí)的影響。在撞擊下，棒球的動(dòng)能在很大程度上被犧牲性紐帶的斷裂和其隱藏長(zhǎng)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(jī)制。

團(tuán)隊(duì)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(cè)試儀上。

圖片來(lái)自蒙特利爾理工大學(xué)

聚碳酸酯和3D打印

近年來(lái)，許多公司已將聚碳酸酯絲用于許多項(xiàng)目。今年早些時(shí)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(jī)上進(jìn)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(qiáng)大的機(jī)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(guó)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(jì)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(tái)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(zhǎng)絲生產(chǎn)線將通過(guò)其Addigy系列解決循環(huán)經(jīng)濟(jì)概念，該系列部分由再生塑料制成。 環(huán)保聚合物可以擴(kuò)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(fèi)。

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