Drukowane w 3D struktury z piasku zyskały ogromną wytrzymałość. Pomógł nowo zaprojektowany polimer

Przedstawiciele Oak Ridge National Laboratory zaprojektowali nowy polimer, dzięki któremu są w stanie nadać drukowanym w 3D piaskowym strukturom niespotykaną normalnie wytrzymałość.

Artykuł dostępny na łamach Nature Communications opisuje, jak naukowcy wykorzystali metodę druku trójwymiarowego, aby wyprodukować składający się z piasku mostek. Przy grubości wynoszącej zaledwie 6,5 centymetra jest on w stanie utrzymać ciężar wynoszący nawet 300-krotność jego własnej wagi.

Czytaj też: Druk 3D w kosmosie z wykorzystaniem księżycowego złomu na celowniku ESA

Kluczem był w tym przypadku nadający się do druku polimer, który umożliwia tworzenie struktur złożonych z piasku i mających skomplikowane kształty, a przy tym wysoką wytrzymałość. Co ważne, jest on również rozpuszczalny w wodzie. Sam piasek krzemowy jest natomiast tanim, łatwo dostępnym materiałem, wykorzystywanym między innymi w branży motoryzacyjnej i lotniczej.

Przydatność piasku krzemowego płynie między innymi z jego odporności na wysokie temperatury. Poza tym, dzięki swojej rozpuszczalności w wodzie, tworzone z niego struktury są cenione pod kątem oczyszczania obiektów drukowanych w 3D. Wcześniej proces ten był niezwykle mozolny i czasochłonny, jednak wysoka rozpuszczalność tych struktur w wodzie zapewnia możliwość szybkiego usuwania z wydruków pozostałości materiałów.

Piasek krzemowy jest tani, wytrzymały, a tworzone z niego struktury cechują się wysoką rozpuszczalnością

Poza tym, dotychczasowe formy służące do odlewania w piasku mają ograniczone zastosowania, ponieważ komercyjnie stosowane w tym celu metody wykorzystują ciepło i ciśnienie. Te mogą natomiast prowadzić do uszkodzeń piaskowych elementów. Zwiększenie ich wytrzymałości jest więcej kluczem do rozpoczęcia szybkiej produkcji na masową skalę.

Czytaj też: Baterie pochodzące z materiałów z recyklingu są jeszcze lepsze od klasycznych – przełomowe badania

Aby uzyskać dokładność w zakresie obróbki części, potrzebny jest materiał, który nie zmienia kształtu w czasie procesu produkcyjnego, dlatego piasek krzemowy okazał się obiecującym kandydatem. Wyzwaniem było pokonanie słabości strukturalnych w częściach z tego piasku. […] Nasz wysoce wytrzymały kompozyt polimerowo-piaskowy zwiększa złożoność części, które można wykonać metodami dyszowymi, umożliwiając uzyskanie bardziej skomplikowanych kształtów, a także rozszerza zastosowania w produkcji, oprzyrządowaniu i budownictwie.

Dustin Gilmer, University of Tennessee