拉馬爾大學(xué)開(kāi)發(fā)3D打印自愈材料實(shí)現(xiàn)零浪費(fèi)

來(lái)源： 中國(guó)工控網(wǎng)

近日，由助理教授凱文達(dá)瓦米博士領(lǐng)導(dǎo)的德克薩斯州拉馬爾大學(xué)的一組研究人員使用先進(jìn)的SLA 3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)了一種自我修復(fù)材料。該技術(shù)具有各種應(yīng)用，從固定鞋底和手機(jī)屏幕到軟骨修復(fù)。通過(guò)將材料暴露在紫外線下，它就能夠?qū)崿F(xiàn)“自我修復(fù)”。研究人員相信，它可以幫助減少材料受損時(shí)產(chǎn)生的廢物量，如果能夠自行修復(fù)，則可以在沒(méi)有任何浪費(fèi)的情況下修復(fù)損壞。

凱文達(dá)瓦米博士也是該大學(xué)Nano-Micro-Macro制造集團(tuán)的負(fù)責(zé)人，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文，題目是“科學(xué)報(bào)告中的嵌入式治療劑儲(chǔ)存器的附加制造自我修復(fù)結(jié)構(gòu)”； 合著者是梅爾達(dá)·莫森尼扎德，摩根·米查姆，普拉文·達(dá)馬蘇斯，昆汀·威廉姆斯和邁克爾·蒙特。

研究人員寫(xiě)道：“自我修復(fù)材料通過(guò)修復(fù)對(duì)其造成的損傷，能夠部分或完全恢復(fù)其機(jī)械性能，在沒(méi)有或有限的通道進(jìn)行修復(fù)的情況下，具有巨大的應(yīng)用潛力。在這里，我們展示了一種生物啟發(fā)的自我修復(fù)材料的新設(shè)計(jì)，在這種材料中，嵌入在結(jié)構(gòu)中的單元細(xì)胞被填充了一種紫外線固化樹(shù)脂，并充當(dāng)自愈劑的貯存器。這種設(shè)計(jì)使得機(jī)械損傷的重復(fù)修復(fù)成為可能。當(dāng)裂縫擴(kuò)展到其中一個(gè)預(yù)埋的儲(chǔ)層時(shí)，通過(guò)毛細(xì)管作用將愈合劑釋放到裂縫平面中，通過(guò)紫外線照射聚合后，將裂縫表面粘合起來(lái)。這里的結(jié)構(gòu)是用立體光刻技術(shù)通過(guò)一層一層地沉積材料來(lái)制造的。

“樹(shù)脂捕捉”作為一種獨(dú)特的集成技術(shù)，首次被開(kāi)發(fā)出來(lái)，以擴(kuò)展3D打印制造技術(shù)的能力，創(chuàng)造出功能更廣泛的組件。與先前報(bào)告的自愈材料相比，自愈材料是在一個(gè)步驟中制造的，無(wú)需任何連續(xù)階段，即用愈合劑填充儲(chǔ)液罐。納米壓痕和三點(diǎn)彎曲等多尺度力學(xué)測(cè)試證實(shí)了我們方法的有效性。”

該團(tuán)隊(duì)的材料受到大自然的啟發(fā)，密封修復(fù)樹(shù)脂通過(guò)一系列儲(chǔ)存器被捕獲在材料內(nèi)部，并且僅在發(fā)生破裂時(shí)釋放。 這聽(tīng)起來(lái)很熟悉嗎？ 它與我們皮膚中的微血管血液網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，當(dāng)受傷時(shí)，它有助于恢復(fù)我們的組織。只有在這種情況下，毛細(xì)管作用才能使紫外線敏感樹(shù)脂逃逸，而不是血液進(jìn)入傷口表面，因此只需要使用必要的量來(lái)固定孤立的損傷。

正如《新地圖集》中的一個(gè)故事所解釋的那樣，“只要這些物體完好無(wú)損，液體就不會(huì)被破壞。但是，如果聚合樹(shù)脂破裂，毛細(xì)管作用會(huì)將部分液態(tài)樹(shù)脂抽出。一旦迅速暴露在人工紫外線光源下，液體樹(shù)脂就會(huì)聚合，封閉裂縫。”

根據(jù)該大學(xué)的說(shuō)法，由于“自我修復(fù)機(jī)制的自主功能”，幾乎不需要短時(shí)間暴露在紫外線下的任何干預(yù)來(lái)修復(fù)材料所受的任何損害。紫外線照射可以遠(yuǎn)程完成，對(duì)于難以觸及的設(shè)備組件，將特別有用。

這種自我修復(fù)的3D打印材料的潛在好處是深遠(yuǎn)的。使用這種材料來(lái)修復(fù)容易損壞的日常物品（如設(shè)備組件，眼鏡和工具）要快得多。此外，如果使用這種自修復(fù)機(jī)制制造更多物品，由于產(chǎn)品破損而輸送到垃圾填埋場(chǎng)的廢物量將大大減少。

對(duì)于他們的論文，凱文達(dá)瓦米博士的研究小組在 SLA 3D打印機(jī)上制作了他們的材料測(cè)試樣本，這些樣本是在SOLIDWORKS中設(shè)計(jì)的。他們現(xiàn)在正致力于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該技術(shù)，目標(biāo)是減少需要多少光能來(lái)實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。這意味著不需要人為干預(yù)，只有周圍的紫外線源，如陽(yáng)光，才能進(jìn)行自我修復(fù)。