Химия и оригами станут ключом для 3D-печати нового поколения

Инженеры-химики, вдохновленные древним искусством оригами, разработали новый метод создания сложных трехмерных фигур из стекла или других твердых материалов. Этот метод можно применять для 3D-печати, что значительно расширяет сферы ее применения.

Химия и оригами станут ключом для 3D-печати нового поколения

Древнее искусство оригами хорошо известно тем, что позволяет превратить плоские листы бумаги в сложные трехмерные фигуры. Но теперь инженеры-химики расширили совместить эту сложную технику и производство сложных форм из стекла или других твердых материалов. Их совершенно современный метод, который можно комбинировать с 3D-печатью, может найти применение в самых разных областях.

Как правило, стеклу и керамике придают форму или печатают на 3D-принтере желаемую конечную структуру. При помощи формовки нельзя создать нечто сложное, и хотя 3D-печать может это сделать, она медленная, и объект может быть хрупким и нуждаться в дополнительной поддержке во время его создания. Кроме того, печатный элемент обычно имеет многослойную текстуру, что может не соответствовать идеальному внешнему виду.

Специалисты из лаборатории Се в Чжэцзянском университете, разработали метод, при котором они смешивали наночастицы кремнезема — основного ингредиента для изготовления стекла — с жидкостью, содержащую несколько соединений. При отверждении смеси ультрафиолетовым светом образовался сшитый поликапролактоновый полимер с крошечными шариками кремнезема, взвешенными в нем, как изюм в булочке.

Затем химики разрезали, складывали и скручивали получившиеся листы этого полупрозрачного полимерного композита, который имеет механические свойства, подобные бумаге, чтобы сделать журавля, перо, кружевную вазу и сферу из переплетенных лент. При комнатной температуре, композит достаточно хорошо сохранял свою новую форму на всех остальных этапах производства. Если важно полностью сохранить новую форму на последующих этапах, композит должен нагреваться примерно до 265 F, когда он сгибается и растягивается. Это навсегда перестраивает звенья между полимерными цепями, прочно фиксируя новую форму на месте.

Химия и оригами станут ключом для 3D-печати нового поколения

Источинк: Yang Xu.

Замысловатые конструкции из стекла созданные в ходе исследования свойств полимера.

Последующий этап нагревания при температуре более 1100 F удаляет полимер поликапролактона с объекта и делает его непрозрачным. После охлаждения на третьем этапе нагревания, известном как спекание, частицы кремнезема сплавляются вместе при температурах, превышающих 2300 F, чтобы превратить объект в прозрачное стекло с гладкой, неслоистой текстурой. Достижение полной прозрачности оказалось самой большой проблемой проекта. Добавление большего количества полимера в смесь облегчило складывание объектов, но уменьшило их конечную прозрачность.

В дальнейших исследованиях команда проекта применила свой метод на керамике, заменяя кремнезем такими веществами, как диоксид циркония и диоксид титана. В то время как стекло является хрупким и инертным, эти соединения открывают возможность производства функциональных объектов, таких как материалы, которые менее хрупки, чем стекло, или обладают каталитическими свойствами.

Группа также экспериментирует с комбинацией киригами и 3D-печати, чтобы создавать еще более сложные формы. Руководитель исследования отмечает, что в области катализаторов люди используют 3D-печать для изготовления керамических структур, перфорированных микроскопическими каналами, которые увеличивают открытую площадь поверхности катализатора. Новый метод может обеспечить более сложные конструкции для таких приложений, и в качестве тестового примера исследователи напечатали перфорированную трехмерную решетку из композита кремний-полимер (красная структура на изображении выше).

Как отмечают авторы, процесс можно автоматизировать для крупномасштабного производства. Они надеются, что керамические и художественные сообщества узнают об их работе и применят ее в дизайне катализаторов и скульптур, а также в других целях, о которых исследователи даже не думали.

Читайте также

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Китовая акула проплыла 54 700 км за 10 лет

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

Эволюция – не слепой случай: ученые обнаружили скрытый «компас» в геноме

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

«Оземпик» продлил жизнь старым мышам на 100 дней

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

ООН предупредила: глобальное потепление вскоре превысит критический порог в 1,5 °C

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

В МГУ научились предсказывать разрушение вертолетных лопастей

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Виртуальный мозг мухи научили торговать криптовалютой

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне

NASA и IBM создали ИИ для поиска льда и неизвестных объектов на Луне