Kombinace flexibility a elasticity činí elastické materiály nezbytnými v celé řadě průmyslových odvětví, včetně automobilového průmyslu, stavebnictví a spotřebního zboží. Navíc jsou stále atraktivnější v nově vznikajících oborech, jako je mikrofluidika, měkká robotika, nositelná zařízení a lékařská zařízení. Předpokladem pro jakoukoli aplikaci je však dostatečná mechanická pevnost. Řešení zdánlivě protichůdných atributů mezi měkkostí a silou bylo tedy vždy věčnou honbou.
Přírodní pavoučí hedvábí má mimořádnou sílu a poskytuje nepřetržitý zdroj inspirace pro navrhování syntetických měkkých materiálů. Přestože je jeho unikátní nástavba obtížně replikovatelná, obecnější princip navrhování vrstvených struktur poskytuje užitečné rady pro navrhování elastických materiálů s vysokou mechanickou pevností. Výše uvedené principy návrhu však nelze přímo aplikovat na 3D tisk založený na digitálním zpracování světla (DLP). DLP tisk vyžaduje rychlé vytvrzení světlem pro dosažení potřebné rychlé gelovatění. Fotopolymerní pryskyřice proto typicky obsahují významné množství multifunkčních akrylátů nebo methakrylátů, což výrazně omezuje svobodu molekulárního designu. Kromě toho může rychlé tuhnutí vést k nerovnoměrnému vytváření sítě a zbytkovým napětím, které jsou rovněž škodlivé pro mechanický výkon.
Potenciálu velkosériové výroby 3D tisku brání jeho nízká výrobní efektivita (rychlost tisku) a nedostatečná kvalita produktu (mechanický výkon). Nejnovější pokroky v ultrarychlém 3D tisku fotopolymeru zmírňují problém s efektivitou výroby, ale typické mechanické vlastnosti tištěného polymeru jsou stále daleko za tradičními technikami zpracování.
Nedávno tým profesora Xie Tao a přidruženého výzkumného pracovníka Wu Jingjuna ze Školy chemického inženýrství a bioinženýrství na Zhejiang University publikoval v Nature článek s názvem „3D tisknutelné elastomery s výjimečnou pevností a houževnatostí“. Studie uvádí chemickou chemii pryskyřice na 3D fotografii, která produkovala elastomery s pevností v tahu 94,6 MPa a houževnatostí 310,4 MJ m-3, což daleko převyšuje jakýkoli 3D tištěný elastomer. Mechanicky řečeno je toho dosaženo tiskem dynamických kovalentních vazeb v polymerech, což umožňuje rekonfiguraci topologie sítě a usnadňuje tvorbu hierarchických vodíkových vazeb (zejména amidových vodíkových vazeb), separaci mikrofází a vzájemně se prolínající struktury, čímž synergicky podporuje vynikající mechanické vlastnosti. Tato práce poskytuje lepší budoucnost pro velkovýrobu pomocí 3D tisku.
Obrázek 1: Chemický design 3D fototiskových elastomerů © 2024 Springer Nature
Obrázek 2. Mechanické vlastnosti elastomerů a mechanismy jejich zpevňování a tuhnutí © 2024 Springer Nature
Obrázek 3. Elasticita a mechanické vlastnosti elastomerů © 2024 Springer Nature
Obrázek 4: Silné a houževnaté elastomery vytištěné DLP © 2024 Springer Nature
Schopnost 3D tisku super pevných a ultra houževnatých materiálů v této práci rozšiřuje rozsah použití v extrémně drsných podmínkách, daleko za dva příklady uvedené v článku. Kromě toho byl prekurzor tisku v této práci syntetizován pomocí snadno dostupných činidel v jednoduchých krocích, což zajistilo jeho nízkou cenu. Ačkoli existují další zavedené principy pro navrhování polymerů s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, je náročné je přímo aplikovat na 3D tisk kvůli přísným požadavkům na tisk fotografií, včetně rychlého gelování pod světlem a dostatečné životnosti obalu během tisku a skladování. Přesto poskytují užitečné poznatky pro budoucí vývoj alternativních vysoce výkonných 3D tiskových materiálů. Celkově studie naznačuje, že 3D tisk nemusí nutně ohrozit mechanický výkon, což odstraňuje hlavní překážku pro jeho budoucí komerční implementaci.
SAT NANO je nejlepším dodavatelem kovového prášku a slitinového prášku pro 3D tisk v Číně, můžeme také dodat službu 3D tisku, pokud máte nějaký dotaz, neváhejte nás kontaktovat na sales03@satnano.com
