چگونه با چاپ سه بعدی می‌توان مواد مستحکم ساخت؟

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، مواد ماکروسکوپی معمولا حاوی حفره، ترک و دیگر نقص‌های ساختاری هستند که موجب می‌شوند تا مواد زیر فشار دچار فروپاشی شوند. اما مواد نانومقیاس معمولا عاری از نقص ساختاری بوده و در نتیجه دوام بالاتری دارند. ترکیب خواص مکانیکی نانوذرات در مواد ماکروسکوپی یکی از حوزه‌های کاری دانشمندان در صنایع مختلف نظیر هوافضا است. با این حال هنوز ترکیب کردن نانوذرات با این مواد ماکروسکوپی چالش برانگیز است.

به تازگی محققان دانشگاه صنعتی هامبورگ با همکاری پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست و دانشگاه برمن نشان دادند که می‌توان مواد را از طریق چاپ سه بعدی به یک ساختار ماکروسکوپی تبدیل کرد.

جرالد اشنایدر می‌گوید: «استحکام مواد سه بعدی که ما ساختیم در محدوده مقادیر گزارش شده برای مواد کامپوزیتی سلسله مراتبی حاوی آجر و ملات است.»

این فرآیند با استفاده از سامانه‌های نگارش مستقیم که اولین بار توسط تیم جان هارت در MIT توسعه یافته، انجام شده‌است. این تیم ستون‌هایی با مقیاس میلی‌متری آزاد ایستاده را که حاوی ابربلور‌هایی از جنس نانوذرات اکسیدآهن کروی (۱۵ نانومتر) است، چاپ کردند. مشخصه مهم این نانوذرات این است که سطح آن‌ها با مولکول‌های آلی کوتاه (اسید اولئیک) پوشیده شده‌است. این عامل‌دار کردن موجب بروز خواص مکانیکی قابل توجه می‌شود.

اولین مزیت این گروه‌های عاملی این است که به کاربر امکان می‌دهد تا مونتاژ کنترل شده نانوذرات را انجام داده و در نهایت به چیدمان منظم و متراکمی موسوم به ابربلور برسند. دومین مزیت آن است که مولکول‌های آلی برای تقویت بیشتر ساختار به‌عنوان سایت فعال عمل می‌کنند. این تقویت نهایی با استفاده از عملیات حرراتی در یک فضای بی‌اثر انجام می‌شود که منجر به پیوند‌های جدیدی بین مولکول‌های آلی نانوذرات می‌شود. اتصال متقاطع باعث می‌شود که قسمت آلی سخت‌تر شود و در برابر فشار‌های بالا مقاومت بیشتری از خود به نمایش گذارد.

هدف بعدی این گروه تحقیقاتی، به‌دست آوردن کنترل بیشتر بر عوامل فرآیند و گسترش مطالعه به دیگر سیستم‌های نانوذرات و تغییر هندسه سازه‌های چاپی است.