Forskerhold opdager, hvordan man konverterer 3D-printet polymer stærkere, duktilt hybrid carbon mikrogittermateriale

Et forskerhold fra University of California, Berkeley har udviklet en simpel udglødningsmetode til at konvertere en 3D-printet polymer til et stærkere, duktilt hybrid-kulstof-mikrogittermateriale.

Holdets metode, som går ud på at opvarme det trykte materiale i en inert atmosfære, får polymerkæderne til at krydsbinde og danne et stift netværk, mens kulstofpartiklerne fungerer som forstærkning. Det resulterende materiale har en styrke og duktilitet, der kan sammenlignes med traditionelle metalskum, men med en meget lavere densitet.

Forskerne mener, at deres metode kan bruges til at skabe en ny klasse af letvægtsmaterialer med høj styrke til en række forskellige applikationer, herunder rumfart, bilindustrien og sportsudstyr.

"Vores metode åbner muligheden for at skabe nye materialer, der er stærkere, lettere og mere alsidige end traditionelle materialer," sagde studiets hovedforfatter Chengyu Li, en postdoc-forsker ved Institut for Materialevidenskab og Engineering ved UC Berkeley. "Dette kan have stor indflydelse på en lang række industrier."

Holdets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials.

Sådan virker det

Holdets metode starter med en 3D-printer, der kan printe en polymer som poly(methylmethacrylat) (PMMA) i en ønsket form. Den trykte del placeres derefter i en inert atmosfære og opvarmes til en temperatur på omkring 300 grader Celsius (572 grader Fahrenheit). Denne temperatur er høj nok til at få polymerkæderne til at tværbinde, men lav nok til at forhindre materialet i at nedbrydes.

Når materialet afkøles, danner de tværbundne polymerkæder et stift netværk, der giver materialet dets styrke. Kulstofpartiklerne, som er spredt ud i polymeren, virker som forstærkning og er med til at forhindre, at materialet går i stykker.

Det resulterende materiale har en densitet på omkring 0,2 gram pr. kubikcentimeter (g/cc), hvilket er omkring en femtedel af densiteten af ​​aluminium. Det har også en styrke på omkring 100 megapascal (MPa), hvilket kan sammenlignes med traditionelle metalskum. Det hybride kulstof-mikrogittermateriale er dog meget mere duktilt end metalskum, hvilket betyder, at det kan modstå mere deformation, før det går i stykker.

Potentielle applikationer

Holdet mener, at deres metode kunne bruges til at skabe en ny klasse af lette, højstyrkematerialer til en række forskellige anvendelser. Nogle potentielle applikationer omfatter:

* Luftfart:Materialet kan bruges til at lave lette strukturelle komponenter til fly og rumfartøjer.

* Automotive:Materialet kan bruges til at lave letvægts karosseripaneler og andre komponenter til biler og lastbiler.

* Sportsudstyr:Materialet kan bruges til at lave letvægts, højtydende sportsudstyr såsom tennisketchere og golfkøller.

Teamet arbejder i øjeblikket på at skalere deres metode op, så den kan bruges til at producere større dele. De udforsker også forskellige måder at ændre materialets egenskaber på, såsom dets styrke, duktilitet og tæthed.