Kỹ thuật in

Quá trình nhiệt “bẫy động học” tạo ra nhiều đặc tính trong mực in 3D

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Dartmouth ở New Hampshire đã phát triển một quy trình mới sử dụng nhiệt để kiểm soát sự sắp xếp của các vòng phân tử trong gel có thể in 3D, cho phép họ in 3D các vật thể với các cường độ cơ học khác nhau bằng cách sử dụng một loại mực duy nhất .

Được gọi là “bẫy động học”, quy trình sử dụng các nút chặn phân tử, được các nhà nghiên cứu gọi là “gờ giảm tốc”, để thay đổi sự phân bố của các vòng phân tử trong mực để tạo ra gel có thể in 3D có thể gấp, cuộn hoặc giữ hình dạng của chúng khi được kích hoạt. bằng độ ẩm.

Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp của họ có thể mở đường cho việc in “thiết bị truyền động phản ứng nhanh” và robot mềm sử dụng các nguồn năng lượng bền vững, chẳng hạn như sự thay đổi độ ẩm, có thể được sử dụng cho các thiết bị y tế hoặc trong các quy trình công nghiệp trong tương lai .

“Phương pháp mới này sử dụng nhiệt để sản xuất và kiểm soát mực 3D với nhiều đặc tính khác nhau,” Chenfeng Ke, Trợ lý Giáo sư Hóa học và Nhà nghiên cứu cấp cao về nghiên cứu cho biết. “Đó là một quy trình có thể làm cho việc in 3D các vật thể phức tạp dễ dàng hơn và ít tốn kém hơn.”

The Kinetic Trapping process developed by the Ke Functional Materials Group at Dartmouth College. Image via Chem.
Quy trình Bẫy động học được phát triển bởi Nhóm Vật liệu Chức năng Ke tại Đại học Dartmouth. Hình ảnh qua Chem.

Bẫy động học hoạt động như thế nào?

Quy trình mới được phát triển bởi Nhóm Vật liệu Chức năng Ke của Đại học Dartmouth , tập trung vào việc phát triển các vật liệu thông minh cho các ứng dụng in 3D và 4D. Họ mô tả Kinetic Trapping là một quá trình sử dụng nhiệt để thay đổi sự sắp xếp và số lượng các vòng phân tử trên một chuỗi hóa học.

Trong hóa học, “vòng” dùng để chỉ một chu kỳ của các nguyên tử và liên kết trong phân tử. Bằng cách sử dụng nút chặn phân tử – hay còn gọi là “gờ giảm tốc” – các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh số lượng vòng đi vào chuỗi polyme và kiểm soát sự phân bố của chúng bằng cách sử dụng nhiệt. Khi các vòng chụm lại, chúng tích trữ động năng có thể giải phóng, tương tự như khi thả lỏng một lò xo bị nén.

Các va chạm tốc độ phân tử được sử dụng trong quá trình này tạo ra một loại mực làm thay đổi sự phân bố của các vòng phân tử theo thời gian và thay đổi vật liệu từ dạng bột thành dạng gel có thể in 3D. Độ ẩm sau đó được sử dụng để kích hoạt các hình dạng khác nhau bên trong vật thể được in 3D.

Vật liệu mà nhóm nghiên cứu Dartmouth sử dụng bao gồm các cấu trúc phân tử làm từ cyclodextrin và polyethylene glycol, là những chất thường được sử dụng làm phụ gia thực phẩm và chất làm mềm phân. Các nhà nghiên cứu đã tiếp cận trạng thái giữ năng lượng “siêu ổn định” của các cấu trúc này bằng cách lắp đặt các gờ giảm tốc trên polyethylene glycol, biến các vật thể in 3D thành các thiết bị truyền động thay đổi hình dạng của chúng theo độ ẩm.

Qianming Lin, Tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Phương pháp này cho phép chúng tôi sử dụng nhiệt độ để tạo ra các hình dạng phức tạp và làm cho chúng hoạt động ở các mức độ ẩm khác nhau”.

Trợ lý giáo sư hóa học Chenfeng Ke (trái) và Qianming Lin (phải) phát triển vật liệu thông minh cho các ứng dụng in 3D và 4D trong Nhóm Vật liệu Chức năng Ke . Ảnh qua Eli Burakian / Robert Gill.

Chứng minh khái niệm

Theo các nhà nghiên cứu, phần lớn các loại mực in 3D phổ biến có các thành phần phân tử đồng nhất để cung cấp các vật thể in có một đặc tính duy nhất, chẳng hạn như độ cứng hoặc độ đàn hồi. Do đó, việc in một đối tượng có nhiều thuộc tính đòi hỏi phải chuẩn bị các loại mực khác nhau và thiết kế chúng hoạt động cùng nhau, đây là một quá trình tốn nhiều thời gian và năng lượng.

Để giải quyết những nhược điểm này, các nhà nghiên cứu đã phát triển bẫy động học để tạo ra các vật thể in 3D trở thành thiết bị truyền động có khả năng phản ứng với độ ẩm và thay đổi hình dạng.

Để chứng minh nghiên cứu của mình, nhóm đã in 3D một bông hoa bằng cách sử dụng loại mực được sản xuất bằng cách bẫy động học. Các bộ phận khác nhau của hoa được phát hiện có mức độ linh hoạt khác nhau do sự sắp xếp thay đổi của các vòng phân tử. Hỗn hợp các đặc tính sau đó được tạo ra cho phép các “cánh hoa” mềm của hoa đóng lại khi chúng tiếp xúc với độ ẩm, trong khi các phần cứng hơn của hoa tạo ra cấu trúc.

Ke giải thích: “Các phần khác nhau của vật thể này đến từ cùng một loại mực in. “Chúng có thành phần hóa học tương tự nhau nhưng số lượng vòng phân tử và sự phân bố khác nhau. Những khác biệt này làm cho sản phẩm có độ bền cơ học khác nhau đáng kể và khiến chúng phản ứng với độ ẩm khác nhau. ”

Về sau, nhóm nghiên cứu sẽ tìm cách tinh chỉnh quy trình bẫy động học để cho phép kiểm soát chính xác nhiều trạng thái siêu ổn định. Họ hy vọng điều này sẽ cho phép in các thiết bị truyền động phản ứng nhanh và rô bốt mềm phản ứng với sự thay đổi độ ẩm và các nguồn năng lượng bền vững khác.

Theo nhóm, các vật thể in 3D thu được có thể được sử dụng cho các thiết bị y tế hoặc trong các quy trình công nghiệp trong tương lai.

Thông tin thêm về nghiên cứu có thể được tìm thấy trong bài báo có tiêu đề: “Bẫy động học của Mạng roxtaxane poly (giả) dựa trên cyclodextrin có thể in 3D ” , đăng trên tạp chí Chem. Nghiên cứu được đồng tác giả bởi Q. Lin, L. Li, M. Tang, L. Zou, K. Ito, C. Ke, S. Uenuma, J. Samanta, S. Li, X. Jiang.

Các tiến bộ của bộ truyền động in 3D và 4D

Lĩnh vực thiết bị truyền động và rô bốt mềm được sản xuất bổ sung là lĩnh vực được nghiên cứu kỹ lưỡng, với những phát triển mới liên tục được phát triển. Việc sản xuất các vật liệu thay đổi hình dạng để đáp ứng với các kích thích bên ngoài, chẳng hạn như thời gian hoặc nhiệt độ, thường được gọi là in 4D và có thu hút sự quan tâm ngày càng tăng trong những năm gần đây.

Ví dụ: một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Linköping ở Thụy Điển đã phát triển một bộ bộ phản ứng vi mô cho robot vi mô mềm . Các bộ truyền động chứa một polyme hoạt động điện có thể thay đổi hình dạng khi có điện tích, cấp cho chúng khả năng 4D.

Ở những nơi khác, Các nhà khoa học của Đại học Yamagata đã phát triển một thiết bị truyền động in 3D hoàn toàn có thể tạo thành nền tảng của một rô bốt mềm giống sứa cho các ứng dụng giám sát động vật hoang dã ở biển, trong khi các nhà nghiên cứu từ UC San Diego đã phát hiện ra một phương pháp mới về Chất đàn hồi tinh thể lỏng in 3D cho phép các đặc tính được phân cấp theo chức năng bằng các thông số in nhiệt khác nhau trong và sau khi in. Vật liệu kích hoạt kết quả có các ứng dụng tiềm năng cho robot mềm và cơ nhân tạo.

Trong khi đó, các nhà nghiên cứu từ Đại học Rice ở Texas đã đang làm việc trên một phương pháp mới để tăng khả năng kiểm soát đối với các vật liệu thay đổi hình dạng trong In 4D, cho phép các đối tượng in 3D có dạng thay thế khi tiếp xúc với những thay đổi về nhiệt độ, dòng điện hoặc căng thẳng.

Đăng ký 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 và thích chúng tôi trên Facebook.

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

S đăng ký của chúng tôi Kênh Youtube để có các video ngắn, đánh giá và phát lại hội thảo trên web mới nhất.

Các chương trình hình ảnh nổi bật quy trình Bẫy động học được phát triển bởi Nhóm Vật liệu Chức năng Ke tại Đại học Dartmouth. Hình ảnh qua Chem.

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