Ученые выращивают металл вместо того, чтобы печатать его на 3D-принтере — и он в 20 раз прочнее
Ученые разработали революционный метод создания деталей из металлов и керамики, который позволяет создавать прочные и сложные структуры без традиционных недостатков, свойственных для 3D-печати.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Традиционная 3D-печать методом фотополимеризации работает только со светочувствительными полимерами, что ограничивает ее практическое применение. Существующие способы превращения напечатанных полимеров в металлы или керамику приводят к созданию пористых материалов с низкой прочностью и сильной усадкой, которая вызывает деформацию изделий.
«Эти материалы обычно пористые, что значительно снижает их прочность, а детали страдают от чрезмерной усадки, которая вызывает коробление», — объясняет Дэрил Йи, руководитель Лаборатории химии материалов и производства Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL).
Команда Дэрила Йи, руководителя Лаборатории химии материалов и производства Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) предложила принципиально новый подход. Вместо затвердевания смолы, уже смешанной с металлическими соединениями, ученые сначала печатают каркас из простого водного геля — гидрогеля. Затем эту «заготовку» погружают в растворы солей металлов. Происходит химическая реакция, в ходе которой соли превращаются в крошечные металлосодержащие наночастицы, которые распределяются по всему гелю.
Повторение этого процесса несколько раз позволяет создавать композиты с очень высоким содержанием металла. После 5−10 таких «циклов роста» оставшийся гидрогель удаляется нагреванием, оставляя плотный металлический или керамический объект, который точно соответствует форме исходного напечатанного геля.
Наш метод становится новым этапом в аддитивном производстве, где выбор материала происходит после 3D-печати, а не до нее.Дэрил Йируководитель Лаборатории химии материалов и производства Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и разработчик методики
Для демонстрации возможностей технологии команда изготовила сложные математические решетчатые структуры — гироиды — из железа, серебра и меди. Тесты показали впечатляющие результаты: полученные материалы выдерживали в 20 раз большее давление по сравнению с составами для 3D-печати, при этом усадка составила всего 20% против 60−90%.
Технология особенно перспективна для деталей, которые должны быть одновременно прочными, легкими и сложными. Например, металлических катализаторов, которые необходимы для проведения реакций преобразования химической энергии в электричество. Другие сферы применения могут включать металлы с большой площадью поверхности и улучшенными охлаждающими свойствами для энергетических технологий.
Сейчас команда работает над совершенствованием процесса, в частности, над дальнейшим увеличением плотности материалов и ускорением производства, а также над внедрением технологии в промышленность. «Мы уже работаем над сокращением общего времени обработки деталей, используя робота для автоматизации этих шагов», — отмечает Йи.
Ранее российские ученые напечатали на 3D-принтере «умные» зеркала.
Поделиться
