มีการใช้วัสดุทุกชนิดในการพิมพ์สามมิติ ทุกวันนี้เคฟลาร์และไนล่อนเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส เป็นต้น แต่ในขณะที่มันเป็นเรื่องจริงนั้น ความแข็งแรงของวัสดุมีความสำคัญโครงสร้างภายในของวัตถุก็เช่นกัน พิมพ์ 3 มิติ เมื่อเร็ว ๆ นี้กลุ่มนักวิจัยจาก MIT พัฒนาวัสดุที่แข็งแรงที่สุด แต่เบาที่สุดชนิดหนึ่ง โดยการบีบอัดและหลอมอนุภาคกราฟีน
จนถึงขณะนี้นักวิจัยมีปัญหาในการแปลงแรงสองมิติของกราฟีนให้เป็นโครงสร้างสามมิติ แต่ การออกแบบใหม่ จาก MIT, a การกำหนดค่ากราฟีนคล้ายกับไฟล์ ฟองน้ำสามารถแข็งแรงกว่าเหล็กสิบเท่าโดยมีความหนาแน่นเพียงห้าเปอร์เซ็นต์
ผลการวิจัยของทีมวิจัย MIT ได้รับการรายงานเมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Science Advances บทความนี้ร่วมเขียนโดย Markus Buehler ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมของ McAfee และหัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม (CEE) ของ MIT Zhao Qin นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของ CEE; นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Gang Seob Jung; และมินจองคังเมงชั้นปี 2016
ในรูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้าง Graphene เป็นกุญแจสำคัญ
การค้นพบของพวกเขาจากข้อมูลของ MIT เผยให้เห็นว่า "ลักษณะสำคัญของรูปทรง 3 มิติใหม่ มีส่วนเกี่ยวข้องกับการกำหนดค่าทางเรขาคณิตที่ผิดปกติ มากกว่าด้วยวัสดุเองโดยบอกว่าคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันสามารถหาได้จากวัสดุหลายชนิดหากเราใช้ลักษณะทางเรขาคณิตที่คล้ายคลึงกัน »
ทีมสร้างไฟล์ โครงสร้างที่มั่นคงและแข็งแรงซึ่งคล้ายกับปะการังและสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่เรียกว่าไดอะตอมโดยใช้ความร้อนและความดันร่วมกันเพื่อบีบอัดกราฟีนเกล็ดเล็ก ๆ รูปร่างที่ได้จะมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ตามสัดส่วนของปริมาตรและมีความแข็งแรงเป็นพิเศษ พวกมันดูเหมือนลูกบอล Nerf - เป็นวัตถุทรงมน แต่เต็มไปด้วยรู รูปร่างที่ซับซ้อนเหล่านี้เรียกว่าไจรอยด์และ Buehler กล่าวว่า "อาจเป็นไปไม่ได้" ที่จะสร้างโดยใช้การผลิตแบบเดิม สำหรับการทดสอบในห้องปฏิบัติการทีมงานได้ใช้ไจรอยด์แบบจำลองที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งขยายขนาดตามธรรมชาติหลายพันเท่า
ทีมงานได้นำแบบจำลอง 3 มิติไปใช้ในการทดสอบแรงดึงและแรงอัดเชิงกลต่างๆโดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎีเพื่อจำลองการตอบสนองทางกลภายใต้ภาระ ในหนึ่งในตัวอย่างของเราพวกเขาได้รับสิ่งนั้นด้วย 5% ของความหนาแน่นของเหล็กได้รับ 10 เท่าของความแข็งแรงของวัสดุดังกล่าว"
วัสดุกราฟีน 3 มิติที่เกิดจากพื้นผิวโค้งภายใต้การเปลี่ยนรูปจะทำปฏิกิริยาเหมือนแผ่นกระดาษ กระดาษสามารถยับได้ง่ายเนื่องจากกระดาษไม่แข็งแรงตามความกว้างและความยาว แต่เมื่อรีดกระดาษเป็นหลอดแรงตามความยาวของหลอดจะมากขึ้น การจัดเรียงทางเรขาคณิตของเกล็ดกราฟีนหลังการบำบัดมีรูปแบบที่คล้ายคลึงกัน
แอปพลิเคชันที่เป็นไปได้
ในบรรดาแอปพลิเคชั่นที่เป็นไปได้นั้นมีความโดดเด่น สามารถใช้คุณสมบัติทางเรขาคณิตที่ค้นพบด้วยวัสดุอื่น ๆ ได้เช่นโพลีเมอร์หรือโลหะเพื่อที่จะ รับข้อได้เปรียบด้านความแข็งแรงที่ใกล้เคียงกันในต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า. นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่จะใช้อนุภาคโพลีเมอร์หรือโลหะเป็นแม่แบบโดยใช้ถังเก็บไอสารเคมีก่อนการบำบัดด้วยความร้อนและความดันเพื่อปิดทับด้วยกราฟีน ต่อจากนั้นสามารถถอดพอลิเมอร์หรือโลหะออกเพื่อให้กราฟีน 3 มิติอยู่ในรูปไจรอยด์ รูปทรงเรขาคณิตที่มีรูพรุนนี้สามารถใช้เมื่อสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่เหมือนสะพาน มันจะเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดีสำหรับสะพานด้วยซ้ำเนื่องจากปริมาณของน่านฟ้าปิด