การผสมผสานระหว่างความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นทำให้วัสดุยืดหยุ่นมีความจำเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงยานยนต์ การก่อสร้าง และสินค้าอุปโภคบริโภค ยิ่งไปกว่านั้น พวกมันมีความน่าสนใจมากขึ้นในสาขาเกิดใหม่ เช่น ไมโครฟลูอิดิกส์ หุ่นยนต์แบบอ่อน อุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม การมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้งานใดๆ ดังนั้นการแก้ไขคุณลักษณะที่ดูเหมือนจะขัดแย้งกันระหว่างความนุ่มนวลและความแข็งแกร่งจึงเป็นการแสวงหานิรันดร์มาโดยตลอด
ใยแมงมุมธรรมชาติมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจในการออกแบบวัสดุสังเคราะห์ที่อ่อนนุ่มอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าโครงสร้างส่วนบนที่เป็นเอกลักษณ์นั้นยากที่จะทำซ้ำ แต่หลักการทั่วไปของการออกแบบโครงสร้างแบบชั้นนั้นให้คำแนะนำที่เป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบวัสดุยืดหยุ่นที่มีความแข็งแรงเชิงกลสูง อย่างไรก็ตาม หลักการออกแบบข้างต้นไม่สามารถนำไปใช้กับการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้การประมวลผลแสงดิจิทัล (DLP) ได้โดยตรง การพิมพ์ DLP ต้องใช้การบ่มด้วยแสงอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้การก่อเจลอย่างรวดเร็ว ดังนั้น โฟโตโพลีเมอร์เรซินมักประกอบด้วยอะคริเลตหรือเมทาคริเลตมัลติฟังก์ชั่นจำนวนมาก ซึ่งจำกัดเสรีภาพในการออกแบบโมเลกุลอย่างรุนแรง นอกจากนี้ การแข็งตัวอย่างรวดเร็วสามารถนำไปสู่การสร้างเครือข่ายที่ไม่สม่ำเสมอและความเค้นตกค้าง ซึ่งเป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพทางกลด้วย
ศักยภาพในการผลิตขนาดใหญ่ของการพิมพ์ 3D ถูกขัดขวางโดยประสิทธิภาพการผลิตต่ำ (ความเร็วการพิมพ์) และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ไม่เพียงพอ (ประสิทธิภาพเชิงกล) ความก้าวหน้าล่าสุดในการพิมพ์ 3 มิติที่รวดเร็วเป็นพิเศษของโฟโตโพลีเมอร์ช่วยบรรเทาปัญหาด้านประสิทธิภาพในการผลิต แต่คุณสมบัติทางกลโดยทั่วไปของโพลีเมอร์ที่พิมพ์ยังคงล้าหลังเทคนิคการประมวลผลแบบดั้งเดิมอยู่มาก
เมื่อเร็วๆ นี้ ศาสตราจารย์ Xie Tao และทีมรองนักวิจัย Wu Jingjun จาก School of Chemical Engineering and Bioengineering แห่ง Zhejiang University ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง "อีลาสโตเมอร์ที่พิมพ์ได้แบบ 3 มิติที่มีความแข็งแกร่งและทนทานเป็นพิเศษ" ใน Nature การศึกษารายงานเคมีของเรซินที่พิมพ์ภาพถ่าย 3 มิติ ซึ่งผลิตอีลาสโตเมอร์ที่มีความต้านทานแรงดึง 94.6 MPa และความเหนียว 310.4 MJ m-3 ซึ่งมากกว่าอีลาสโตเมอร์ที่พิมพ์ 3 มิติใดๆ มาก การพูดเชิงกลไกสามารถทำได้โดยการพิมพ์พันธะโควาเลนต์แบบไดนามิกในโพลีเมอร์ ช่วยให้สามารถกำหนดค่าโทโพโลยีเครือข่ายใหม่และอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนแบบลำดับชั้น (โดยเฉพาะพันธะไฮโดรเจนเอไมด์) การแยกไมโครเฟส และโครงสร้างที่แทรกซึม ดังนั้นจึงเสริมฤทธิ์กันในการส่งเสริมคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม งานนี้มอบอนาคตที่สดใสยิ่งขึ้นสำหรับการผลิตขนาดใหญ่โดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ
รูปที่ 1: การออกแบบทางเคมีของอีลาสโตเมอร์ที่พิมพ์ภาพถ่าย 3 มิติ © 2024 Springer Nature
รูปที่ 2 สมบัติทางกลของอีลาสโตเมอร์และกลไกการเสริมกำลังและการทำให้แข็งตัว © 2024 Springer Nature
รูปที่ 3 ความยืดหยุ่นและสมบัติเชิงกลของอีลาสโตเมอร์ © 2024 Springer Nature
รูปที่ 4: อีลาสโตเมอร์ที่แข็งแกร่งและเหนียวพิมพ์โดย DLP © 2024 Springer Nature
ความสามารถในการพิมพ์ 3D วัสดุที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษและทนทานเป็นพิเศษในงานนี้ขยายขอบเขตการใช้งานภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง เกินกว่าสองตัวอย่างที่นำเสนอในบทความ นอกจากนี้ สารตั้งต้นการพิมพ์ในงานนี้ยังถูกสังเคราะห์โดยใช้รีเอเจนต์ที่หาได้ง่ายในขั้นตอนง่ายๆ ทำให้มั่นใจได้ว่ามีต้นทุนต่ำ แม้ว่าจะมีหลักการอื่นๆ ที่กำหนดไว้สำหรับการออกแบบโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า แต่การนำโพลีเมอร์เหล่านี้ไปใช้กับการพิมพ์ 3 มิติโดยตรงนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการพิมพ์ภาพถ่าย รวมถึงเจลที่รวดเร็วภายใต้แสงและอายุภาชนะที่เพียงพอระหว่างการพิมพ์และการเก็บรักษา อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นประโยชน์สำหรับการพัฒนาวัสดุการพิมพ์ 3 มิติประสิทธิภาพสูงทางเลือกในอนาคต โดยรวมแล้ว การศึกษาชี้ให้เห็นว่าการพิมพ์ 3D ไม่จำเป็นต้องกระทบต่อประสิทธิภาพเชิงกล ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับการนำไปใช้เชิงพาณิชย์ในอนาคต
SAT NANO คือซัพพลายเออร์ผงโลหะและผงโลหะผสมที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติในประเทศจีน เรายังสามารถให้บริการการพิมพ์ 3 มิติ หากคุณมีคำถามใดๆ โปรดติดต่อเราที่ sales03@satnano.com
