إن الجمع بين المرونة والمرونة يجعل المواد المرنة ضرورية في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك السيارات والبناء والسلع الاستهلاكية. علاوة على ذلك، أصبحت جذابة بشكل متزايد في المجالات الناشئة مثل الموائع الدقيقة، والروبوتات الناعمة، والأجهزة القابلة للارتداء، والأجهزة الطبية. ومع ذلك، فإن وجود قوة ميكانيكية كافية هو شرط أساسي لأي تطبيق. وهكذا، فإن حل السمات المتناقضة ظاهريًا بين اللين والقوة كان دائمًا سعيًا أبديًا.
يتمتع حرير العنكبوت الطبيعي بقوة غير عادية، مما يوفر مصدرًا مستمرًا للإلهام لتصميم المواد الناعمة الاصطناعية. على الرغم من صعوبة تكرار بنيتها الفوقية الفريدة، إلا أن المبدأ الأكثر عمومية لتصميم الهياكل الطبقية يوفر تلميحات مفيدة لتصميم مواد مرنة ذات قوة ميكانيكية عالية. ومع ذلك، لا يمكن تطبيق مبادئ التصميم المذكورة أعلاه مباشرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد المستندة إلى المعالجة الرقمية للضوء (DLP). تتطلب طباعة DLP معالجة سريعة بالضوء لتحقيق التبلور السريع اللازم. لذلك، تحتوي راتنجات البوليمر الضوئي عادةً على كمية كبيرة من الأكريلات أو الميثاكريلات متعددة الوظائف، مما يحد بشدة من حرية التصميم الجزيئي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التصلب السريع إلى تكوين غير متساوٍ للشبكة والضغوط المتبقية، والتي تضر أيضًا بالأداء الميكانيكي.
يتم إعاقة إمكانية إنتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع بسبب انخفاض كفاءة التصنيع (سرعة الطباعة) وعدم كفاية جودة المنتج (الأداء الميكانيكي). أحدث التطورات في الطباعة ثلاثية الأبعاد فائقة السرعة للبوليمر الضوئي تخفف من مشكلة كفاءة التصنيع، لكن الخواص الميكانيكية النموذجية للبوليمر المطبوع لا تزال بعيدة عن تقنيات المعالجة التقليدية.
مؤخرًا، نشر البروفيسور شيه تاو وفريق الباحث المساعد وو جينغ جون من كلية الهندسة الكيميائية والهندسة الحيوية بجامعة تشجيانغ مقالًا بعنوان "اللدائن القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد ذات قوة وصلابة استثنائية" في مجلة Nature. ذكرت الدراسة أن كيمياء الراتنج المطبوعة بالصور ثلاثية الأبعاد أنتجت مواد مطاطية ذات قوة شد تبلغ 94.6 ميجا باسكال وصلابة تبلغ 310.4 ميجا جول م 3، وهو ما يتجاوز بكثير أي مادة مطاطية مطبوعة ثلاثية الأبعاد. من الناحية الميكانيكية، يتم تحقيق ذلك عن طريق طباعة روابط تساهمية ديناميكية في البوليمرات، مما يسمح بإعادة تشكيل طوبولوجيا الشبكة وتسهيل تكوين روابط الهيدروجين الهرمية (خاصة روابط الهيدروجين الأميدية)، وفصل الطور الميكروي، والهياكل المتداخلة، وبالتالي تعزيز الخواص الميكانيكية الممتازة. يوفر هذا العمل مستقبلًا أكثر إشراقًا للتصنيع واسع النطاق باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.
الشكل 1: التصميم الكيميائي لللدائن المرنة المطبوعة ضوئيًا ثلاثية الأبعاد © 2024 Springer Nature
الشكل 2. الخواص الميكانيكية لللدائن وآليات تقويتها وتقويتها © 2024 Springer Nature
الشكل 3. المرونة والخواص الميكانيكية لللدائن المرنة © 2024 Springer Nature
الشكل 4: اللدائن القوية والمتينة التي طبعتها DLP © 2024 Springer Nature
تعمل القدرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد لمواد فائقة القوة وفائقة الصلابة في هذا العمل على توسيع نطاق استخدامها في ظل ظروف قاسية للغاية، وهو ما يتجاوز بكثير المثالين المقدمين في المقالة. بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيع المادة الأولية للطباعة في هذا العمل باستخدام الكواشف المتاحة بسهولة في خطوات بسيطة، مما يضمن انخفاض تكلفتها. على الرغم من وجود مبادئ راسخة أخرى لتصميم البوليمرات ذات الخصائص الميكانيكية الفائقة، إلا أنه من الصعب تطبيقها مباشرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب المتطلبات الصارمة لطباعة الصور، بما في ذلك الهلام السريع تحت الضوء وعمر الحاوية الكافي أثناء الطباعة والتخزين. ومع ذلك، فإنها توفر رؤى مفيدة للتطوير المستقبلي لمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد البديلة عالية الأداء. بشكل عام، تشير الدراسة إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تؤثر بالضرورة على الأداء الميكانيكي، مما يزيل عقبة رئيسية أمام تنفيذها التجاري في المستقبل.
SAT NANO هو أفضل مورد للمسحوق المعدني ومسحوق السبائك للطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين، ويمكننا أيضًا توفير خدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد، إذا كان لديك أي استفسار، فلا تتردد في الاتصال بنا على sales03@satnano.com
