Pri 3D tiskanju se uporabljajo vse vrste materialov te dni najlonke, ojačane s kevlarjem in steklenimi vlakni. itd. Toda čeprav je res, da pomembna je trdnost materialov, pomembna je tudi notranja struktura predmeta 3D tiskan. V zadnjem času je skupina raziskovalcev iz MIT je razvil enega najmočnejših, a najlažjih materialov s stiskanjem in taljenjem delcev grafena.
Do zdaj so imeli raziskovalci težave s pretvorbo dvodimenzionalne sile grafena v tridimenzionalne strukture. Ampak nov dizajn iz MIT, a grafenska konfiguracija, podobna a goba, je lahko desetkrat močnejša od jekla, z gostoto le pet odstotkov.
O ugotovitvah raziskovalne skupine MIT so nedavno poročali v reviji Science Advances. Članek je bil soavtor Markus Buehler, profesor inženirstva McAfee in vodja MIT-ovega oddelka za gradbeno in okoljsko inženirstvo (CEE); Znanstveni raziskovalec iz srednje in vzhodne Evrope Zhao Qin; Podiplomski študent Gang Seob Jung; In Min Jeong Kang Meng, razred 2016.
Ključna je geometrija strukture grafena
Njihove ugotovitve po navedbah MIT razkrivajo, da je "ključni vidik novih 3D oblik ima več opraviti z nenavadno geometrijsko konfiguracijo kot pri samem materialu, kar kaže na to, da bi lahko podobne lastnosti dobili iz različnih materialov, če bi uporabili podobne geometrijske značilnosti. »
Ekipa je izdelala a stabilna in močna struktura, ki spominja na korale in mikroskopska bitja, znana kot diatome, s kombinacijo toplote in tlaka za stiskanje majhnih kosmičev grafena. Nastale oblike imajo ogromno površino, sorazmerno z njihovo prostornino, in so izjemno močne. Izgledajo kot kroglice Nerf - so zaobljeni predmeti, vendar polni lukenj. Te zapletene oblike so znane kot žiroidi., Buehler pa je dejal, da jih je "verjetno nemogoče" ustvariti s konvencionalno proizvodnjo. Za laboratorijske teste je ekipa uporabila 3D natisnjene modele žiroidov, ki so bili tisočkrat večji od njihove naravne velikosti.
Ekipa je 3D modele podvrgla različnim mehanskim nateznim in tlačnim preskusom z uporabo svojih teoretičnih modelov za simulacijo mehanskega odziva pod obremenitvijo. V enem od naših vzorcev so to dobili z a 5% gostote dobljenega jekla, desetkrat večje od trdnosti omenjenega materiala".
3D grafenski material, ki ga tvorijo ukrivljene površine pri deformaciji, reagira kot listi papirja. Papir se lahko naguba, ker po širini in dolžini ni močan. Ko pa papir zvijemo v cev, je sila po dolžini cevi veliko večja. Geometrijska razporeditev grafenovih kosmičev po obdelavi ima podobno konfiguracijo.
Možne aplikacije
Med možnimi aplikacijami izstopa to lahko bi uporabili geometrijske značilnosti, odkrite z drugimi materiali, kot so polimeri ali kovine, da bi pridobite podobne trdnostne prednosti po nižjih proizvodnih stroških. Obstaja tudi možnost uporabe polimernih ali kovinskih delcev kot vzorcev z uporabo rezervoarja s kemično paro pred toplotnimi in tlačnimi obdelavami, da jih pokrijemo z grafenom. Nato lahko odstranimo polimer ali kovino, da 3D grafen ostane v obliki žiroidov. To porozno geometrijo bi lahko uporabili pri gradnji velikih struktur, kot most. Zaradi velikosti zaprtega zračnega prostora bi most celo dobro izoliral.