3-D printede dæk og sko, der reparerer sig selv

I stedet for at smide dine ødelagte støvler eller revnet legetøj væk, hvorfor ikke lade dem ordne sig selv? Forskere ved University of Southern California Viterbi School of Engineering har udviklet 3-D-printede gummimaterialer, der kan gøre netop det.

Adjunkt Qiming Wang arbejder i verden af ​​3-D-printede materialer, skabe nye funktioner til en række forskellige formål, fra fleksibel elektronik til lydstyring. Nu, arbejder med Viterbi-studerende Kunhao Yu, en Xin, og Haixu Du, og University of Connecticut assisterende professor Ying Li, de har lavet et nyt materiale, der kan fremstilles hurtigt og er i stand til at reparere sig selv, hvis det bliver brækket eller punkteret. Dette materiale kan ændre spil for industrier som sko, dæk, blød robotik, og endda elektronik, reducerer fremstillingstiden og øger produktets holdbarhed og levetid.

Materialet er fremstillet ved hjælp af en 3-D printmetode, der bruger fotopolymerisation. Denne proces bruger lys til at størkne en flydende harpiks i en ønsket form eller geometri. For at gøre det selvhelbredende, de skulle dykke lidt dybere ned i kemien bag materialet.

Fotopolymerisation opnås gennem en reaktion med en bestemt kemisk gruppe kaldet thioler. Ved at tilføje et oxidationsmiddel til ligningen, thioler omdannes til en anden gruppe kaldet disulfider. Det er disulfidgruppen, der er i stand til at omdannes, når den brydes, fører til selvhelbredende evne. At finde det rigtige forhold mellem disse to grupper var nøglen til at låse op for materialernes unikke egenskaber.

"Når vi gradvist øger oxidanten, den selvhelbredende adfærd bliver stærkere, men fotopolymerisationsadfærden bliver svagere, " forklarede Wang. "Der er konkurrence mellem disse to adfærd. Og til sidst fandt vi det forhold, der kan muliggøre både høj selvhelbredelse og relativt hurtig fotopolymerisering."

På kun 5 sekunder, de kan udskrive et kvadrat på 17,5 millimeter, færdiggørelse af hele objekter på omkring 20 minutter, der kan reparere sig selv på få timer. I deres undersøgelse, udgivet i NPG Asia materialer , de demonstrerer deres materiales evner på en række produkter, inklusive en skopude, en blød robot, en flerfaset komposit, og en elektronisk sensor.

Efter at være blevet skåret i to, på kun to timer ved 60 grader Celsius (fire for elektronikken på grund af det kulstof, der bruges til at overføre elektricitet) helede de fuldstændigt, bevare deres styrke og funktion. Reparationstiden kan reduceres blot ved at hæve temperaturen.

"Vi viser faktisk, at under forskellige temperaturer - fra 40 grader Celsius til 60 grader Celsius - kan materialet heles til næsten 100 procent, " sagde Yu, som var førsteforfatter på studiet og læser bygningsingeniør. "Ved at ændre temperaturen, vi kan manipulere helingshastigheden, selv under stuetemperatur kan materialet stadig selvhelende"

Efter at have erobret 3-D-printbare bløde materialer, de arbejder nu på at udvikle forskellige selvhelbredende materialer langs en række stivheder, fra det nuværende bløde gummi, til stiv hård plast. Disse kan bruges til køretøjsdele, kompositmaterialer, og endda panser.