U 3D tisku koriste se sve vrste materijala ovih dana najlonke ojačane kevlarom i stakloplastikom. itd. Ali iako je istina da važna je čvrstoća materijala, kao i unutarnja struktura predmeta 3D tiskan. Nedavno je skupina istraživača iz MIT je razvio jedan od najjačih i najlakših materijala komprimiranjem i topljenjem čestica grafena.
Do sada su istraživači imali poteškoća s pretvaranjem dvodimenzionalne sile grafena u trodimenzionalne strukture. Ali novi dizajn s MIT-a, a grafenska konfiguracija slična a spužva, može biti deset puta jača od čelika, s gustoćom od samo pet posto.
Nalazi istraživačkog tima MIT-a nedavno su objavljeni u časopisu Science Advances. Članak je napisao u koautorstvu Markus Buehler, profesor inženjerstva McAfee i voditelj MIT-ovog Odjela za građevinarstvo i inženjerstvo okoliša (CEE); Znanstveni istraživač iz Srednje i Istočne Europe Zhao Qin; Diplomski student Gang Seob Jung; I Min Jeong Kang Meng, klasa 2016.
Ključ je geometrije grafenske strukture
Njihova otkrića, prema MIT-u, otkrivaju da je "presudan aspekt novih 3D oblika ima više veze s njegovom neobičnom geometrijskom konfiguracijom nego sa samim materijalom, što sugerira da bi se slična svojstva mogla dobiti iz različitih materijala ako bismo koristili slične geometrijske karakteristike. »
Tim je proizveo stabilna i snažna struktura koja nalikuje koraljima i mikroskopskim bićima poznatim kao dijatomeji, koristeći kombinaciju topline i tlaka za komprimiranje malih pahuljica grafena. Dobiveni oblici imaju ogromnu površinu proporcionalnu njihovom volumenu i izvanredno su jaki. Izgledaju poput Nerfovih kuglica - zaobljeni su predmeti, ali puni rupa. Ovi složeni oblici poznati su kao žiroidi., a Buehler je rekao da je "vjerojatno nemoguće" stvoriti ih pomoću konvencionalne proizvodnje. Za laboratorijske testove, tim je koristio 3D tiskane modele žiroida, uvećane tisućama puta od njihove prirodne veličine.
Tim je 3D modele podvrgao raznim ispitivanjima mehaničkog vlačenja i kompresije, koristeći svoje teorijske modele za simulaciju mehaničkog odziva pod opterećenjem. U jednom od naših uzoraka dobili su to pomoću a 5% gustoće čelika dobivenog 10 puta većom od čvrstoće spomenutog materijala”.
3D grafenski materijal, oblikovan zakrivljenim površinama pod deformacijom, reagira poput listova papira. Papir se lako može naborati, jer nije jak po svojoj širini i duljini. Ali kad se papir smota u cijev, sila duž duljine cijevi je mnogo veća. Geometrijski raspored grafenskih pahuljica nakon obrade ima sličnu konfiguraciju.
Moguće primjene
Među mogućim primjenama ističe se to mogu se koristiti geometrijske značajke otkrivene drugim materijalima, kao što su polimeri ili metali, kako bi se dobiti slične prednosti čvrstoće uz niže troškove proizvodnje. Također postoji mogućnost korištenja polimernih ili metalnih čestica kao uzoraka, upotrebom spremnika kemijske pare prije toplinskih i tlačnih postupaka kako bi ih se prekrilo grafenom. Nakon toga, polimer ili metal mogu se ukloniti kako bi se 3D grafen zadržao u obliku žiroida. Ova porozna geometrija mogla bi se koristiti pri gradnji velikih građevina, poput mosta. Čak bi pružio dobru izolaciju za most, zbog količine zatvorenog zračnog prostora.