研究

研究人员开发了3D印刷的蜘蛛网风格的防碎材料

机械工程系的一组坎迪安研究人员理工蒙特利尔已经使用3D打印来设计一种织物,该面料可以吸收多达96%的撞击而不会破裂。

该团队从蜘蛛网的自然特性中汲取灵感,通过加热聚碳酸酯(PC)来制作手机和其他脆弱技术设备的耐用3D打印覆盖物来制作粘合剂。选择PC丝是由于融合细丝制造(FFF)3D打印机挤出的粘度低而选择了PC丝。

将来,3D打印的材料可用于制造防弹玻璃,甚至可以在航空机构中用作飞机发动机的防护涂层。

制造3D打印的防碎材料

研究人员加热了PC为了创建材料,就像加热聚合物时,它会霉菌成粘性粘合剂类似于蜂蜜,可用于复制在蜘蛛网中发现的属性。该团队希望在抵抗猎物的影响时证明,为其吸收影响的功能重新创建这些属性。

为此,研究人员使用了不稳定的融合细丝制造(IFFF)3D打印机来创建透明和吸收影响的3D印刷材料。在IFFF过程中,PC被部分熔化,然后以速度挤出到打印平台上。

FrédérickGosselin教授的团队加热了PC,并“编织”了一系列小于2mm厚的纤维。重复该过程,并以90°角打印几个纤维,直到整个“ Web”凝固为止。在此过程中,熔融塑料会形成圆形以形成一系列环。根据戈塞林教授的说法,循环将变成牺牲联系,在印刷后是可移动的键,以赋予纤维额外的强度。

她补充说:“当发生影响时,这些牺牲联系会吸收能量并破裂以维持纤维的整体完整性 - 类似于丝绸蛋白。”

该团队从蜘蛛网中汲取灵感,通过加热聚碳酸酯来制作粘合剂,为手机和其他脆弱的技术设备创建耐用的3D打印覆盖物。通过PolytechniqueMontréal的照片
该团队从蜘蛛网中汲取灵感,通过加热聚碳酸酯来制作粘合剂,为手机和其他脆弱的技术设备创建耐用的3D打印覆盖物。通过PolytechniqueMontréal的照片

测试防碎材料的强度

该研究的目的是在微观尺度上开发一种机制,以创建一种新的吸收撞击纤维,该纤维可以释放大量能量而不会破裂。

为此,报告调查了材料的纤维交织时的表现。进行了冲击测试,以查看将3D印刷材料嵌入玻璃窗格中是否会阻止其破碎。结果表明,该材料在某些地方不会变形,但塑料晶片的整体形状将保持完整。

当团队想看看是否可以捕获自由落体的棒球时,人造蜘蛛网被进一步进行了测试。500克棒球从66厘米的高度降至下落的飞镖撞击测试仪。

该测试突出了棒球与材料接触时的影响。在影响下,棒球的动能在很大程度上被牺牲键断裂及其隐藏的长度而消失。结果显示出与蜘蛛网中发现的相同能量消散机制。

这项研究的更多详细信息可以在标题为““蜘蛛网启发,透明,吸收影响的复合材料,透明发表在《细胞报告物理科学杂志》上。它由FrédérickGosselin,Daniel Therriault和博士生Shibo Zou合着。

该团队想看看3D打印的材料是否可以捕获一个自由落体的500克棒球,该棒球从66厘米的高度降落到跌落的DART IMPACT测试人员。通过PolytechniqueMontréal的照片
该团队想看看3D打印的材料是否可以捕获一个自由落体的500克棒球,该棒球从66厘米的高度降落到跌落的DART IMPACT测试人员。通过PolytechniqueMontréal的照片

聚碳酸酯和3D打印

近年来,许多公司都使用PC丝进行了广泛的项目。今年早些时候,3D打印材料提供商聚合物其Stratasys子公司合格的三个PC材料Makerbot Labs并使它们可以在其方法X3D打印机上打印。新的添加减少了翘曲和卷发,PC将使方法X用户访问PC的强大机械和热属性,并采用该方法的方法投资组合总共九种材料。

以前,聚合物还与德国高性能聚合物制造商合作Covestro启动三台基于新的PC专门用于3D打印的材料。热塑性聚合物旨在包含可以应用于航空航天和电子等行业的特定特性。

此外,上周Covestro使用了formnext连接虚拟阶段引入了3D打印材料的新的,更可持续的线条。新的细丝系列将以其Addigy系列的一部分来解决循环经济概念,该范围部分由回收塑料制成。环保聚合物可以扩大潜在的环境利益3D打印,例如需求驱动生产和减少材料废物。

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功能图像显示了撞击测试后3D打印材料覆盖的500克棒球。通过PolytechniqueMontréal摄影。