محققان دانشگاه کلرادو بولدر فرآیند جدیدی را برای تعیین خواص مواد در تولید افزودنی های جوهر افشان توسعه داده اند.
این یافته‌ها که توسط رابرت مک‌کردی و لارنس اسمیت، «پنتون برای خواص» نامیده می‌شود، نشان می‌دهد که چگونه پرینت سه بعدی جوهرافشان چند ماده می‌تواند با ترکیب مواد رزینی مختلف، ویژگی‌های خاصی را ایجاد کند.
مشابه نحوه ایجاد یک رنگ خاص با مخلوط کردن رنگ‌های اصلی مختلف، این یافته‌ها نشان می‌دهد که چگونه می‌توان خواص مواد چاپی سه بعدی قابل تکرار را با مخلوط کردن سه ماده اولیه محقق کرد. این مواد شامل یک الاستومر نرم، یک پلاستیک سفت و سخت و مواد تشکیل دهنده مایع هستند.
در این مطالعه، محققان از نرم‌افزار سفارشی برای طراحی صدها نمونه از مواد مرکب دیجیتال استفاده کردند. پس از پرینت سه بعدی، خواص مکانیکی نمونه ها آزمایش و مشخص شد. سپس نقشه‌های تحلیلی که ترکیبات کامپوزیت و خواص مکانیکی را با هم مقایسه می‌کردند، ایجاد شد و «طراحی مواد معکوس» را امکان‌پذیر کرد.
این فرآیند فرآیندهای سنتی انتخاب مواد را معکوس می کند. به طور معمول، مهندسان به دنبال یک ماده مناسب می گردند که دارای خواص مواد مورد نظر باشد و سپس طرحی را بر اساس مواد ایجاد می کنند. در عوض، روش جدید مجموعه ای از خواص مواد را قادر می سازد که ابتدا برای یک قطعه مشخص شود و سپس به صورت سه بعدی چاپ شود.
نویسندگان ادعا می کنند که این تحقیق اولین تحقیقی است که کامپوزیت های مواد دیجیتال ساخته شده از سه ماده جوهر افشان با خواص مکانیکی متفاوت را مشخص می کند. مطالعات قبلی فقط کامپوزیت‌های دو ماده‌ای را ارزیابی کرده‌اند که «از رئالیسم مکانیکی کوتاه‌تر هستند».
کاربردهای بالقوه برای این فرآیند متنوع است. محققان چاپ سه بعدی بافت بیولوژیکی مصنوعی مکانیکی قابل قبول را به عنوان یکی از موارد استفاده بالقوه برجسته می کنند. با استفاده از رویکرد طراحی مواد معکوس، کاربران می توانند موادی را با هر ترکیبی از سختی و چقرمگی مورد نیاز برای تقلید دقیق بافت بیولوژیکی طراحی و چاپ سه بعدی کنند.
این مطالعه با عنوان “کامپوزیت های چند فازی دیجیتال از طریق تولید افزودنی” در Advanced Materials منتشر شده است.
پنتون برای خواص مواد پرینت سه بعدی
چاپگرهای سه بعدی جوهر افشان چند ماده ای، قطرات رزین های فوتوپلیمری را پرتاب می کنند که سپس توسط یک منبع نور UV پخته می شوند و اشیاء سه بعدی را تشکیل می دهند.
رزین های پرینت سه بعدی Agilus و Vero از سازنده چاپگرهای سه بعدی Stratasys پس از پخت دارای خواص متفاوتی هستند. Agilus به یک ماده الاستومری سخت و انعطاف پذیر تبدیل می شود، در حالی که Vero یک پلاستیک سفت و سخت را تشکیل می دهد. این دو ماده را می توان در نسبت های مختلف ترکیب کرد تا مواد کامپوزیتی با خواص متفاوت ایجاد کند. با این حال، امکانات این ترکیبات محدود است.
محققان دانشگاه کلرادو برای دستیابی به آزادی بیشتر در زمینه مواد، ماده سومی با پایه مایع را به فرآیند طراحی کامپوزیت اضافه کردند. در طول این تحقیق، 188 آزمایش بر روی 110 فرمولاسیون مواد کامپوزیتی منحصر به فرد انجام شد.
از طریق مشاهده تجربی و اعتبارسنجی با استفاده از قطعات چاپ شده سه بعدی، محققان نشان دادند که می توان به طور مستقل خواص مکانیکی مانند کشش و چقرمگی را با ترکیب 3 ماده پایه تعیین کرد.
آزمایش مکانیکی با استفاده از تست پانچ انجام شد. نمونه های آزمایشی پرینت سه بعدی در معرض یک رولپلاک فولادی ضد زنگ قرار گرفتند که از طریق “منطقه پانچ” پایین آمد. سپس تیم، فاصله فرورفتگی و نیروی نمونه‌ها را ثبت کرد و زمانی که ماده شکست خورد، آزمایش پایان یافت.
نتایج این آزمایش نشان داد که مدول الاستیک و خواص چقرمگی جدا هستند و می‌توان آنها را به طور مستقل در طول چاپ سه بعدی مشخص کرد. علاوه بر این، مطالعه به این نتیجه رسید که هر دو ویژگی ماده را می توان با استفاده از این رویکرد جدا کرد. این با افزودن سومین ماده مبتنی بر مایع به فرآیند طراحی کامپوزیت امکان پذیر است.
محققان همچنین طراحی معکوس اشیاء چاپ شده سه بعدی را با ویژگی های تجویز شده نشان دادند. این با ایجاد نگاشت بین اجزای مواد ترکیبی در مقیاس میکرو و خواص مواد در مقیاس ماکرو به دست آمد.
با استفاده از مدل‌سازی تحلیلی و معادلات ریاضی، محققان با موفقیت از این نگاشت‌ها برای تخمین دقیق خواص مکانیکی انواع کامپوزیت‌های جوهر افشان که ترکیبی از رزین‌های الاستومر، صلب و مایع هستند، استفاده کردند.
در نهایت، محققان استدلال می کنند که این یافته ها دارای پتانسیل قابل توجهی در کاربردهای پزشکی هستند.
با روش‌های فعلی، محققان برای دستیابی به خواص مواد دقیقی که بافت‌های بیولوژیکی را منعکس می‌کند، تلاش کرده‌اند. گفته می شود که یافته های این مطالعه باعث می شود که سفتی و چقرمگی یک ماده به طور همزمان و مستقل تغییر کند. این به محققان، طراحان و پزشکان اجازه می دهد تا بافت بیولوژیکی مصنوعی واقعی و مکانیکی متقاعد کننده را به صورت سه بعدی چاپ کنند.
تحقیق در مورد پرینت سه بعدی جوهر افشان
تحقیقات مک‌کردی و لارنس اولین پژوهشی نیست که پتانسیل ارائه شده توسط چاپ سه بعدی جوهر افشان چند ماده را برای کاربردهای پزشکی بررسی می‌کند. محققان آزمایشگاه رسانه MIT، موسسه Wyss دانشگاه هاروارد و موسسه سرطان Dana-Farber روشی را برای چاپ سه بعدی مواد زنده هیبریدی توسعه دادند.
این تیم که پلت فرم ساخت Hybrid Living Material (HLM) نامیده می شود، از چاپ سه بعدی جوهر افشان چند ماده ای و دستور العمل های مواد سفارشی برای ترکیب رزین ها و سیگنال های شیمیایی استفاده کرد. این سیگنال‌ها پاسخ‌ها را در میکروب‌های مهندسی شده بیولوژیکی فعال می‌کنند و پتانسیل را برای دستگاه‌های پزشکی با عوامل درمانی ارائه می‌دهند.
در این تحقیق، یک رزین پشتیبانی مناسب با یک ماده رزین ساختاری برای قطعات پرینت سه بعدی ترکیب شد که جاذب می‌شوند و سیگنال‌های شیمیایی را برای کنترل رفتار موجودات زنده حفظ می‌کنند. پلت فرم HLM می تواند از سه تا هفت رزین مختلف با خواص مختلف استفاده کند که در طیف وسیعی از نسبت ها با مواد بیولوژیکی مصنوعی مخلوط شده اند.
در جای دیگر، تیمی از دانشگاه مارتین لوتر هال-ویتنبرگ یک فرآیند تولید افزودنی ترکیبی را توسعه دادند که ترکیبی از اکستروژن و چاپ سه بعدی جوهر افشان است.
این رویکرد جوهرهای مایع را قادر می سازد که مستقیماً در ماتریس مواد جامد ادغام شوند. یکی از کاربردهای کلیدی این امر، ادغام مواد فعال پزشکی در دستگاه های تحویل دارو با چاپ سه بعدی در مرحله تولید اولیه است.
این تیم همچنین کاربردهایی را در مهندسی سازه شناسایی کردند. در اینجا، مایعات فلورسنت را می توان در اجزای ساختاری جامد قرار داد و به کاربران اجازه می دهد تا ترک ها را به صورت بصری نظارت کنند.
مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی برای به روز بودن از آخرین اخبار چاپ سه بعدی. شما همچنین می توانید ما را دنبال کنید توییتر، مانند ما فیس بوک صفحه و مشترک شوید صنعت چاپ سه بعدی یوتیوب کانال برای دسترسی به محتوای اختصاصی تر
آیا علاقه مند به کار در صنعت تولید مواد افزودنی هستید؟ بازدید کنید مشاغل پرینت سه بعدی برای مشاهده گزیده ای از نقش های موجود و شروع کار خود.
تصویر ویژه نتایج تجربی را نشان می دهد، با رنگ نشان دهنده سیال کسر حجمی است.
منبع: https://3dprintingindustry.com/news/researchers-develop-new-method-to-control-material-properties-in-inkjet-3d-printing-227842/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=researchers-develop-new-method-to-control-material-properties-in-inkjet-3d-printing
