Напечатанный на 3D-принтере каучук может самовосстанавливаться
Ученые из Инженерной Школы Витерби Университета Южной Калифорнии (University of Southern California Viterbi School of Engineering) разработали напечатанный на 3D-принтере резиновый материал, который может самовосстанавливаться, то есть сам себя ремонтировать. Хотя это открытие уже само по себе невероятно, оно даёт революционные возможности и для многих производств, таких как мягкая робототехника и электроника, автомобильные шины и обувь.
У всех нас была та самая любимая пара обуви, которая сломалась и была потеряна навсегда. Практически каждый из нас хоть раз страдал от внезапно спущенной шины. Но что, если эти проблемы остались в прошлом? Что, если наши шины и ботинки научатся ремонтировать себя сами? Это именно то, над чем работают исследователи из Инженерной Школы Витерби под руководством доцента Куиминга Ванга (Qiming Wang). И то, чего они смогли достичь, очень впечатляет.
Изготовление такого каучука не занимает много времени, что очень полезно для производств. Метод 3D-печати, используемый для его изготовления, основан на фотополимеризации. Фотополимеризация - это процесс, в котором для отверждения жидкой смолы используется свет, видимый или ультрафиолетовый, и оно достигается путем реакции с химической группой, называемой тиолами. Если в уравнение добавить окислитель, тиолы превращаются в дисульфиды, химическую группу, способную к самовосстановлению.
Исследователи должны были установить правильное соотношение между этими двумя группами, чтобы обеспечить эффективные возможности самовосстановления.
"Когда мы постепенно увеличиваем количество окислителя, поведение самовосстановления становится сильнее, но поведение фотополимеризации становится слабее", — объяснил Куиминг Ванг. — "Существует конкуренция между этими двумя видами поведения. И в итоге мы нашли соотношение, которое может обеспечить как высокое самовосстановление, так и относительно быструю фотополимеризацию".
Скорость печати объектов с этим материалом из этого материала действительно невообразимо высокая. Исследователи сообщают, что они могут напечатать 17,5 мм² от объекта всего за 5 секунд. На целый объект уйдёт минут 20 в зависимости от его размера. На восстановление же потребуется несколько часов. Впрочем, ожидание того стоит.
"При определённых температурах — от 40°C до 60°C — материал может излечиться почти на 100%", - сказал Куньхао Ю (Kunhao Yu), первый автор исследования. — "Изменяя температуру, мы можем манипулировать скоростью заживления, даже при комнатной температуре материал все ещё может самовосстанавливаться".
Исследователи проверили свою теорию на нескольких продуктах, включая обувную подошву, мягкого робота и электронный датчик. Теперь они работают над самовосстанавливающимися материалами с различными уровнями жесткости, чтобы расширить области применения материалов. Это может привести к применению такого каучука в автомобильных или велосипедных шинах.
О том, как NASA создали модель настоящего астероида для 3D-печати, читайте здесь.