Zespół naukowców zajmujących się materiałami z University of Virginia School of Engineering opracował miękki materiał, który ma zapewnić nową terapię zastępującą poważne lub trwałe uszkodzenie strun głosowych. Ich nowy miękki materiał, zwany elastomerem, charakteryzuje się dużą rozciągliwością, jest 10,000 3 razy bardziej miękki niż tradycyjna guma i odpowiada właściwościom mechanicznym strun głosowych. Elastomery można drukować w XNUMXD na potrzeby opieki medycznej.
Nowy polimer, nowa strategia
Zespół opracował nowatorską strategię wytwarzania tego miękkiego elastomeru, który można wydrukować w 3D. Wykorzystali nowy rodzaj polimeru, który ma strukturę podobną do szczotki do mycia butelek i może być używany do czyszczenia małych naczyń szklanych, ale w skali molekularnej. Polimer ten, podobnie jak szczotka do butelek, po połączeniu w sieć, może sprawić, że materiał będzie bardzo miękki, imitując tkankę biologiczną.
Cai Liheng, adiunkt w zakresie inżynierii materiałowej i inżynierii chemicznej, nadzorował badania. Cai otrzymał również kurtuazyjną wizytę w dziedzinie inżynierii biomedycznej i kierował laboratorium SOFT BIOMATTER firmy UVA. Laboratorium Cai jest poświęcone poznaniu i kontrolowaniu interakcji między aktywnymi miękkimi materiałami (takimi jak reagujące polimery lub biożele) a żywymi systemami (takimi jak bakterie lub komórki i tkanki w ludzkim ciele).
Cai i jego zespół opracowali nową metodę, która może wykorzystywać silne (ale odwracalne zależne od temperatury) skojarzenia do usieciowania przypominających butelki polimerów pędzla w celu wytworzenia gumy. Pomysł polega na zastosowaniu syntezy chemicznej do przyłączenia polimeru podobnego do szkła do końców polimeru podobnego do szczoteczki do zębów. Ten szklisty polimer spontanicznie samoorganizuje się, tworząc nanosfery, takie same jak plastikowe butelki na wodę. Są sztywne w temperaturze pokojowej, ale topią się w wysokich temperaturach; można to wykorzystać do drukowania miękkich struktur 3D.
Regulowana elastyczność i wysoka rozciągliwość
Elastyczność ich materiałów można precyzyjnie regulować w zakresie od około 100 do 10,000 100 paskali w zakresie ciśnienia, jaki materiał może wytrzymać. Dolna granica wynosi około 1 paskali, czyli jest milion razy bardziej miękka niż plastik i 10,000 3 razy bardziej miękka niż tradycyjne elastomery do druku 600D. Ponadto można je rozciągnąć do XNUMX%.
Ich ekstremalna miękkość, elastyczność i stabilność termiczna zapowiadają przyszłe zastosowania, powiedział Cai.
Cai uważa, że Shifeng Nian, doktor habilitowany, opracował chemiczną metodę syntezy polimerów szczotek do butelek o precyzyjnie kontrolowanych strukturach, aby określić elastyczność i rozciągliwość elastomerów. Elastomery mogą być używane jako atrament w drukarkach 3D do tworzenia geometrycznych kształtów o jakości gumy.
Sama drukarka 3D jest wielkości lodówki w akademiku. Zhu dostosował dyszę do systemu ekstrudera, który pod kontrolą programu komputerowego specyficznego dla żądanego obiektu, natryskuje określoną ilość materiału w przestrzeni 3D.
Grupa badawcza dr Cai dała mi możliwość rozszerzenia moich badań od chemii klasycznej do rozwoju materiałów; wynajdujemy wiele fajnych materiałów o specjalnych właściwościach mechanicznych, elektrycznych i optycznych.
Samoorganizujące się i składane materiały
Fajną rzeczą w miękkim materiale zespołu jest to, że może się samoorganizować i łączyć w miarę nanoszenia każdej kropli. Kiedy materiał na bazie silikonu został po raz pierwszy załadowany do wkładu, miał konsystencję miodu, półstałą i półpłynną. W miarę postępu drukowania rozpuszczalnik łączy warstwy, a następnie odparowuje, aby bezproblemowo zbudować obiekt. Ponadto, jeśli popełnisz jakiekolwiek błędy, możesz je przerobić, ponieważ materiał w 100% nadaje się do ponownego przetworzenia i recyklingu.
Tradycyjne elastomery do druku 3D są z natury sztywne; proces drukowania często wymaga zewnętrznego wsparcia mechanicznego lub obróbki końcowej. Cai powiedział, że tutaj pokazujemy przydatność naszych elastomerów jako farb do bezpośredniego drukowania struktur 3D. .
Aby zbadać wzajemne połączenia molekuł materialnych, zespół Cai współpracował z naukowcami zajmującymi się linią wiązki Guillaume Freychet i Michaiłem Zhernenkovem z Brookhaven National Laboratory w Departamencie Energii USA. Wykorzystali precyzyjne narzędzia rentgenowskie NATIONAL SYNCHROTRON LIGHT SOURCE II (zwłaszcza linię wiązki dla miękkiego materiału) do przeprowadzenia eksperymentów w celu ujawnienia wewnętrznego składu drukowanego materiału bez uszkadzania próbki.
Linia badawcza SMI jest bardzo odpowiednia do tego typu badań ze względu na wysoką intensywność wiązki rentgenowskiej, doskonałą przestrajalną energię i transfer pędu oraz bardzo niskie tło. Pracując z zespołem Cai, byliśmy w stanie zobaczyć, jak polimery, takie jak szczotki do butelek, tworzą sieć usieciowaną, powiedział Zhernenkov.
Elastomery w praktyce
Cai szacuje, że zespołowi brakuje jeszcze dwóch do trzech lat od faktycznego wykorzystania swoich elastomerów, a zastosowana przez zespół metoda drukowania 3D przyspieszyła tempo. Druk 3D, czasami nazywany wytwarzaniem addytywnym, jest siłą badawczą Wydziału Nauki o Materiałach i Inżynierii UVA; badacze w tej dziedzinie starają się zrozumieć fizyczne zasady stojące za procesem wytwarzania przyrostowego podczas tworzenia nowych systemów materiałowych. Poprawa zdrowia to tylko jedna z sił napędowych ich badań.
Wierzymy, że nasze odkrycia będą stymulować rozwój nowych miękkich materiałów, takich jak tusze do druku 3D, które mogą stać się podstawą szerokiej gamy adaptacyjnych urządzeń i struktur, takich jak czujniki, rozciągliwa elektronika i miękkie roboty, powiedział Cai.
Link do tego artykułu:Nowy super miękki materiał do druku 3D
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
Blachy, beryl, stal węglowa, magnez, druk 3D, precyzja 
