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拉马尔大学研究人员开发3D打印机自愈材料以减少浪费

     由助理教授凯文达瓦米博士领导的德克萨斯州拉马尔大学的一组研究人员最近使用先进的SLA 3D打印机开发了一种自我修复材料。该技术具有各种应用,从固定鞋底和手机屏幕到软骨修复。通过将材料暴露在紫外线下,它就能够实现“自我修复”。研究人员相信,它可以帮助减少材料受损时产生的废物量,如果能够自行修复,则可以在没有任何浪费的情况下修复损坏。



      凯文达瓦米博士也是该大学Nano-Micro-Macro制造集团的负责人,他的团队发表了一篇关于他们工作的论文,题目是“科学报告中的嵌入式治疗剂储存器的附加制造自我修复结构”; 合著者是梅尔达·莫森尼扎德,摩根·米查姆,普拉文·达马苏斯,昆汀·威廉姆斯和迈克尔·蒙特。



      研究人员写道:“自我修复材料通过修复对其造成的损伤,能够部分或完全恢复其机械性能,在没有或有限的通道进行修复的情况下,具有巨大的应用潜力。在这里,我们展示了一种生物启发的自我修复材料的新设计,在这种材料中,嵌入在结构中的单元细胞被填充了一种紫外线固化树脂,并充当自愈剂的贮存器。这种设计使得机械损伤的重复修复成为可能。当裂缝扩展到其中一个预埋的储层时,通过毛细管作用将愈合剂释放到裂缝平面中,通过紫外线照射聚合后,将裂缝表面粘合起来。这里的结构是用立体光刻技术通过一层一层地沉积材料来制造的。“树脂捕捉”作为一种独特的集成技术,首次被开发出来,以扩展3D打印制造技术的能力,创造出功能更广泛的组件。与先前报告的自愈材料相比,自愈材料是在一个步骤中制造的,无需任何连续阶段,即用愈合剂填充储液罐。纳米压痕和三点弯曲等多尺度力学测试证实了我们方法的有效性。”



      该团队的材料受到大自然的启发,密封修复树脂通过一系列储存器被捕获在材料内部,并且仅在发生破裂时释放。 这听起来很熟悉吗? 它与我们皮肤中的微血管血液网络相当,当受伤时,它有助于恢复我们的组织。只有在这种情况下,毛细管作用才能使紫外线敏感树脂逃逸,而不是血液进入伤口表面,因此只需要使用必要的量来固定孤立的损伤。


[图片:拉马尔大学]


      正如《新地图集》中的一个故事所解释的那样,“只要这些物体完好无损,液体就不会被破坏。但是,如果聚合树脂破裂,毛细管作用会将部分液态树脂抽出。一旦迅速暴露在人工紫外线光源下,液体树脂就会聚合,封闭裂缝。”

      根据该大学的说法,由于“自我修复机制的自主功能”,几乎不需要短时间暴露在紫外线下的任何干预来修复材料所受的任何损害。紫外线照射可以远程完成,对于难以触及的设备组件,将特别有用。

      这种自我修复的3D打印材料的潜在好处是深远的。使用这种材料来修复容易损坏的日常物品(如设备组件,眼镜和工具)要快得多。此外,如果使用这种自修复机制制造更多物品,由于产品破损而输送到垃圾填埋场的废物量将大大减少。


 [图片:拉马尔大学]


      对于他们的论文,凯文达瓦米博士的研究小组在 SLA 3D打印机上制作了他们的材料测试样本,这些样本是在SOLIDWORKS中设计的。他们现在正致力于进一步开发该技术,目标是减少需要多少光能来实现自我修复。这意味着不需要人为干预,只有周围的紫外线源,如阳光,才能进行自我修复。

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