Kỹ thuật in

Các kỹ sư cho phép làm mát tích cực và liên lạc RF với siêu vật liệu in 3D mới

Một nhóm các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã sử dụng in 3D để tạo ra một siêu vật liệu mới, có cấu hình cao với các đặc tính nhiệt và điện từ có thể sửa đổi.

Các kỹ sư, dẫn đầu bởi nghiên cứu sinh Urmi Devi của Đại học Bang North Carolina , nói rằng họ đã lấy cảm hứng từ các mạng lưới mạch máu được tìm thấy trong các sinh vật sống. Bằng mạng lưới in 3D của các ống rỗng nhỏ như tĩnh mạch, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nó có thể kiểm soát một số đặc điểm của siêu vật liệu tổng hợp khi bơm các chất lỏng khác nhau qua hệ thống mạch máu.

Sự đổi mới hấp dẫn sinh học được in 3D bằng cách sử dụng epoxy cấu trúc được gia cố bằng sợi thủy tinh, được gọi là 'sợi thủy tinh mạch máu'. Theo Jason Patrick, tác giả tương ứng của nghiên cứu, khả năng cấu hình lại của siêu vật liệu khiến nó trở nên đa chức năng, với các ứng dụng tiềm năng trong việc làm mát tích cực cho bộ vi xử lý, máy bay và các tòa nhà, cũng như các thiết bị liên lạc có thể điều chỉnh được.

Patrick cho biết: “Vật liệu tổng hợp gia cố bằng sợi đã được sử dụng rộng rãi. “Những gì chúng tôi đang làm là cải tiến vật liệu và tận dụng in 3D để tạo ra một loại siêu vật liệu đa chức năng và có thể cấu hình lại mới có tiềm năng thực sự để triển khai cấu trúc, có thể mở rộng và không nên quá đắt.”

The metamaterial's EM properties can be modified with a liquid metal alloy, while its thermal properties can be modified by running water through it. Image via NC State University.
Các đặc tính EM của siêu vật liệu có thể được thay đổi bằng hợp kim kim loại lỏng, trong khi các đặc tính nhiệt của nó có thể được thay đổi bằng cách cho nước chảy qua nó. Hình ảnh qua Đại học Bang NC.

Siêu vật liệu hỗ trợ in 3D

Tính linh hoạt của siêu vật liệu cuối cùng có thể là do sự tự do thiết kế được cấp bởi quá trình sản xuất phụ gia. Công nghệ này cho phép các kỹ sư in 3D các mạng lưới ống phức tạp cao – vi mạch – với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Vì siêu vật liệu phụ thuộc vào các quy trình chế tạo hỗn hợp sẵn có, nên sản xuất nó cũng sẽ tiết kiệm chi phí.

Trong quá trình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã cho chạy một hợp kim lỏng của gali và indium ở nhiệt độ phòng qua mạng, cho phép họ kiểm soát các đặc tính điện từ của nó. Cụ thể, bằng cách điều chỉnh định hướng, khoảng cách của mạch máu và thể tích kim loại lỏng dẫn điện bên trong, nhóm nghiên cứu có thể kiểm soát chặt chẽ cách siêu vật liệu lọc ra các sóng điện từ cụ thể trong phổ tần số vô tuyến. Điều này có tiềm năng lớn đối với các hệ thống truyền thông có thể điều chỉnh được có khả năng chuyển từ một phần của dải tần này sang phần khác theo yêu cầu.

Kurt Schab, đồng tác giả của bài báo, cho biết thêm, “Khả năng định cấu hình lại động hành vi điện từ thực sự có giá trị, đặc biệt là trong các ứng dụng có hạn chế về kích thước, trọng lượng và công suất rất khuyến khích việc sử dụng các thiết bị có thể thực hiện nhiều vai trò giao tiếp và cảm biến trong một hệ thống. ”

The experimental setup for testing the EM properties of the 3D printed metamaterial. Image via NC State University.
Thiết lập thử nghiệm để kiểm tra các thuộc tính EM của 3D siêu vật liệu in. Hình ảnh qua Đại học Bang NC.

Các ứng dụng trong làm mát tích cực

Bằng cách luân chuyển nước đơn giản qua mạng lưới mạch máu, các kỹ sư đã chứng minh rằng họ cũng có thể kiểm soát chặt chẽ các đặc tính nhiệt của siêu vật liệu. Điều này dự kiến ​​sẽ kích hoạt các hệ thống làm mát chủ động tiên tiến trong các thiết bị như máy bay siêu thanh, hệ thống vi xử lý và xe điện.

Đặc biệt, pin của xe điện hiện đang dựa vào các cánh tản nhiệt bằng nhôm với các vi kênh đơn giản để làm mát. Siêu vật liệu in 3D được kỳ vọng sẽ tản nhiệt hiệu quả, đồng thời nhẹ hơn đáng kể với cấu trúc kênh phức tạp hơn, được tối ưu hóa.

Patrick cho biết thêm: “Chúng tôi rõ ràng có một số ứng dụng cho siêu vật liệu này, nhưng chắc chắn có những ứng dụng mà chúng tôi chưa nghĩ đến. “Chúng tôi sẵn sàng làm việc với những người có ý tưởng mới về cách chúng tôi có thể sử dụng thêm tài liệu mới lạ này.”

Các chi tiết khác của nghiên cứu có thể được tìm thấy trong bài báo có tiêu đề ' Một siêu vật liệu đa chức năng dựa trên vi mạch và có thể cấu hình lại '. Nó được đồng tác giả bởi Jason Patrick, Urmi Devi, Kurt Schab, et al.

Những đổi mới trong vật liệu in 3D là một đóng góp lớn cho sự tiến bộ của các ứng dụng sản xuất phụ gia chức năng. Mới tháng trước, các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) Singapore Viện Công nghệ California (Caltech) In 3D một loại vải lấy cảm hứng từ chuỗi linh hoạt có thể tăng lên theo yêu cầu. Được in 3D từ các khối bát diện polyme bằng nhựa nylon gắn với nhau, vải có thể biến thành một cấu trúc cứng 25 cứng hơn gấp nhiều lần so với dạng thư giãn của nó.

Trong một diễn biến khác, các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Eindhoven (TUE) gần đây đã đột phá với sự phát triển của một Mực tinh thể lỏng đổi màu mới lạ tương thích với công nghệ in 3D. Nhóm nghiên cứu tin rằng công việc của họ có thể có ý nghĩa lớn đối với các ứng dụng như ánh sáng trang trí, cảm biến đeo mềm để theo dõi sức khỏe và thậm chí cả quang học thực tế tăng cường.

Đăng ký theo dõi Bản tin ngành in 3D để biết tin tức mới nhất về sản xuất phụ gia . Bạn cũng có thể giữ kết nối bằng cách theo dõi chúng tôi trên Twitter , thích chúng tôi trên Facebook, và điều chỉnh vào Kênh YouTube của ngành in 3D .

Tìm kiếm một nghề nghiệp trong sản xuất phụ gia? Chuyến thăm Công việc in 3D để lựa chọn các vai trò trong ngành.

Featured image shows the 3D printed metamaterial. Image via NC State University.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button