Tot tipus de materials s'estan utilitzant en la impressió 3D en aquests dies, Kevlar i nylons reforçats amb fibra de vidre. etc. Però si bé és cert que la resistència dels materials és important, també ho és l'estructura interna de l'objecte imprès en 3D. Recentment, un grup d'investigadors de l' MIT va desenvolupar un dels materials més fort i alhora més lleuger mitjançant la compressió i fusió de partícules de grafè.
Fins ara, els investigadors han tingut dificultats per convertir la força bidimensional d'el grafè en estructures tridimensionals. però el nou disseny de l'MIT, un configuració de grafè semblant a una esponja, pot ser deu vegades més fort que l'acer, amb una densitat de només el cinc per cent.
Les troballes de l'equip de recerca de MIT van ser reportats recentment a la revista Science Advances. L'article va ser co-escrit per Markus Buehler, professor d'enginyeria de McAfee i cap de Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental (CEE) de MIT; CEE investigador científic Zhao Qin; Estudiant de postgrau Gang Seob Jung; I Min Jeong Kang Meng, classe de 2016.
En la geometria de l'estructura de grafè està la clau
Les seves troballes, segons el MIT, revelen que «l'aspecte crucial de les noves formes 3D té més a veure amb la seva configuració geomètrica inusual que amb el material en si, el que suggereix que es podrien obtenir propietats similars d'una varietat de materials si utilitzem característiques geomètriques similars. »
L'equip va produir una estructura estable i fort que s'assembla a corals i criatures microscòpiques conegudes com diatomees, Utilitzant una combinació de calor i pressió per comprimir petites escates de grafè. Les formes resultants tenen una superfície enorme en proporció al seu volum, i són extraordinàriament forts. Es veuen com les boles Nerf - són objectes arrodonits, però ple de forats. Aquestes formes complexes es coneixen com giroides, I Buehler va dir que és «probablement impossible» crear aquelles particions amb la fabricació convencional. Per a les proves de laboratori, l'equip va utilitzar models 3D impresos dels giroides, ampliat milers de vegades la seva mida natural.
L'equip va sotmetre els models 3D a diverses proves mecàniques de tracció i compressió, utilitzant els seus models teòrics per simular la resposta mecànica sota càrrega. En una de les nostres mostres van obtenir que amb un 5% de la densitat d'acer obtenien 10 vegades la força d'aquest material".
El material 3D de grafè, format per superfícies corbes sota deformació, reacciona com fulls de paper. El paper es pot arrugar fàcilment, perquè no és fort al llarg de la seva amplada i longitud. Però quan el paper s'enrotlla en un tub, la força al llarg de la longitud d'el tub és molt més gran. La disposició geomètrica de les escates de grafè després de l'tractament té una configuració similar.
possibles aplicacions
Entre les possibles aplicacions destaca que es podria fer servir la característiques geomètriques descoberta amb altres materials, Com polímers o metalls, per tal de obtenir avantatges similars de la força a un cost de producció inferior. També hi ha la possibilitat d'utilitzar partícules de polímer o metall com plantilles, utilitzar un dipòsit de vapor químic abans de tractaments de calor i pressió per cobrir-los amb el grafè. Posteriorment es podria eliminar el polímer o metall per tal de mantenir el grafè 3D en la forma d'giroides. Aquesta geometria porosa es podria utilitzar a l'construir estructures grans, Com un pont. Fins i tot proporcionaria un bon aïllament per al pont, a causa de la quantitat d'espai aeri tancat.