تم تطوير بوليمر جديد في مختبر أوك ريدج الوطني ، لتقوية الرمال لتطبيقات الإنتاج المركب. الجسر الرملي الذي يبلغ قطره 6.5 سم والمطبع ثلاثية الأبعاد الموضح هنا يحمل 300 ضعف وزنه. الائتمان: داستن كيلمر / جامعة تينيسي ، نوكسفيل
طور الباحثون في مختبر أوك ريدج الوطني في وزارة الطاقة بوليمرًا جديدًا يربط ويقوي رمال السيليكا لإنتاج المادة اللاصقة النفاثة ، وهي طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدمها الصناعة لإنتاج النماذج الأولية والأجزاء.
ينشط البوليمر القابل للطباعة رمل هياكل ذات هندسة معقدة وقوة استثنائية – قابلة للذوبان في الماء أيضًا.
دراسة منشورة الاتصال الطبيعي، يوضح جسرًا رمليًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد يبلغ وزنه 300 مرة أكثر من 6.5 سم ، وهو مشابه لمباني إمباير ستيت الاثني عشر الموجودة على جسر بروكلين.
ال بيندر تعد عملية الطباعة النفاثة أرخص وأسرع من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى التي تستخدمها الصناعة وتتيح إمكانية إنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد من مجموعة متنوعة من مواد المسحوق ، مما يوفر مزايا في التكلفة والقياس. هذا المفهوم مشتق من الطباعة النافثة للحبر ، ولكن بدلاً من استخدام الحبر ، يقوم رأس الطابعة بإصدار بوليمر سائل لربط مادة المسحوق الشبيهة بالرمال ، مما يؤدي إلى إنشاء طبقات طبقة تصميم ثلاثية الأبعاد. يعطي البوليمر الملزم قوة للرمل المطبوع.
تم استخدام خبرة البوليمر لتصميم البولي إيثيلين أو مادة رابطة PEI التي تضاعف قوة مكونات الرمل مقارنةً بالمواد الرابطة التقليدية.
ستكون الأجزاء المطبوعة بنفث الموثق مسامية في البداية عند إزالتها من طبقة القالب. يمكن تقويتها من خلال اختراق التصميم بمادة صمغ فائقة إضافية تسمى cyanoacrylate تملأ الفجوات. زادت هذه الخطوة الثانية من قوة الخطوة الأولى ثماني مرات ، مما جعل خليط رمل البوليمر أقوى من مواد البناء الأخرى والمعروفة ، بما في ذلك البناء.
“بعض البوليمرات مناسبة للاستخدام كمادة رابطة. كنا نبحث عن خصائص محددة مثل القابلية للذوبان ، والتي تعطي أفضل النتائج. يكمن اكتشافنا الرئيسي في التركيب الجزيئي الفريد لمواد رابطة PEI الخاصة بنا.
الأجزاء المصنوعة من مواد رابطة تقليدية مصنوعة بكثافة من مواد قابلة للاختراق مثل الغراء الفائق ، ولكن لا شيء قريب من أداء رابط PEI. تُشتق القوة الرائعة لرابط PEI من الطريقة التي يرتبط بها البوليمر بـ cyanoacrylate أثناء المعالجة.
يعرض عالم مختبر أوك ريدج الوطني دومونوري سيتو قلعة رملية مطبوعة ثلاثية الأبعاد في منشأة عرض الإنتاج التابعة لوزارة الطاقة في ORNL. ائتمان: يعرض عالم المختبر الوطني في أوك ريدج دومونوري سيتو قلعة رملية مطبوعة ثلاثية الأبعاد في مرفق تنفيذ الإنتاج التابع لوزارة الطاقة في ORNL.
من التطبيقات المحتملة للرمال فائقة القوة تحسين أدوات إنتاج المركبات.
رمل السيليكا مادة رخيصة الثمن ومتوفرة بسهولة تكتسب اهتمامًا في قطاعي السيارات والطيران لإنشاء مناطق مركبة. يتم لف المواد خفيفة الوزن ، مثل ألياف الكربون أو الألياف الزجاجية ، حول قلب أو “أدوات” رملية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد ويتم معالجتها بالحرارة. يجذب رمال السيليكا الأداة لأنها لا تغير أبعادها عند تسخينها وتوفر ميزة فريدة على الأداة القابلة للغسل. في التطبيقات المختلطة ، يعد استخدام مادة رابطة قابلة للذوبان في الماء لصنع أدوات الرمل أمرًا مهمًا لأنه يتيح خطوة غسل بسيطة في ماء الصنبور لإزالة الرمال ، تاركًا شكل مركب مجوف.
قالت جامعة داستن كيلمر: “لضمان الدقة في أجزاء الأدوات ، أنت بحاجة إلى مادة لا تغير شكلها أثناء التشغيل ، وهذا هو السبب في أن رمال السيليكا واعدة. التغلب على الضعف الهيكلي في أجزاء الرمل يمثل تحديًا”. طالب في مركز ولاية تينيسي بريديسن ومدير الدراسة.
قوالب صب الرمل الحالية والقلب ضئيل للغاية الاستخدام الصناعى نظرًا لأن الطرق التجارية ، مثل أدوات الغسيل ، واستخدام الحرارة والضغط ، فقد تنكسر أجزاء الرمل أو تفشل في المحاولة الأولى. المكونات الرملية القوية مطلوبة لدعم الإنتاج على نطاق واسع وتمكين الإنتاج السريع للمكونات.
“قوتنا العالية بوليمر يعزز خليط الرمل تعقيد الأجزاء التي يمكن إنشاؤها بواسطة طرق النفث الموثق ، ويتيح المزيد من الهندسة المعقدة ، ويوسع تطبيقات التصنيع والأدوات والبناء ، “قال كيلمر.
فاز Novel Binder بجائزة R&D 100 لعام 2019 وتم ترخيصه من قبل شريك الصناعة ExOne للأبحاث.
وقال المقال “إنتاج مزيج من هياكل رمل السيليكا القوية التي يتم تنشيطها بواسطة مادة رابطة البولي إيثيلين”.
داستن ب. Gilmer et al. ، إنتاج مزيج من هياكل رمل السيليكا القوية التي يتم تنشيطها بواسطة مادة رابطة البولي إيثيلين ، الاتصال الطبيعي (2021) DOI: 10.1038 / s41467-021-25463-0
اقتبس: رمل بوليمر ديسكفري ثلاثي الأبعاد يمنح قوة فائقة (2021 ، 12 نوفمبر) تم استرداده في 13 نوفمبر 2021 من https://phys.org/news/2021-11-polymer-discovery-3d-printed-sand-super.html
هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي ، باستثناء أي تلاعب معقول بغرض الدراسة أو البحث الشخصي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”