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3D打印轮胎和鞋子自我修复

2019-03-01 18:05:43来源:

而不是扔掉你破损的靴子或破裂的玩具,为什么不让他们自己解决?南加州大学维特比工程学院的研究人员开发出了3D打印橡胶材料,可以做到这一点。

王启明助理教授在3D打印材料领域工作,创造了各种用途的新功能,从柔性电子到声音控制。现在,与维特比学生Kunhao Yu,An Xin,Duixu Du和康涅狄格大学助理教授李莹合作,他们制作了一种新材料,可以快速制造,并且如果它破裂或刺破就能自我修复。这种材料可以改变鞋类,轮胎,软机器人甚至电子等行业的游戏规则,缩短制造时间,同时提高产品的耐用性和使用寿命。

该材料使用使用光聚合的3D打印方法制造。该方法使用光来固化所需形状或几何形状的液态树脂。为了使其可自我修复,他们不得不深入研究材料背后的化学反应。

通过与称为硫醇的某种化学基团的反应实现光聚合。通过在方程中添加氧化剂,硫醇转化为另一组称为二硫化物。二硫化物组在破碎时能够改造,导致自我修复能力。找到这两组之间的正确比例是解开材料独特性能的关键。

“当我们逐渐增加氧化剂时,自愈行为变得更强,但光聚合行为变得更弱,”Wang解释说。“这两种行为之间存在竞争。最终我们发现这种比例能够实现高度自我修复和相对快速的光聚合。”

在短短的5秒钟内,他们可以打印17.5毫米的正方形,在大约20分钟内完成整个物体,可以在几个小时内自行修复。他们在NPG Asia Materials上发表的研究中展示了他们的材料在一系列产品上的能力,包括鞋垫,软机器人,多相复合材料和电子传感器。

被切成两半后,在60摄氏度的两小时内(由于碳用于传输电力,电子设备只有四个),它们完全愈合,保持了它们的强度和功能。仅通过升高温度就可以减少维修时间。

“我们实际上表明,在不同的温度下 - 从40摄氏度到60摄氏度 - 材料可以愈合到接近100%,”Yu说,他是该研究的第一作者,正在研究结构工程。“通过改变温度,我们可以控制愈合速度,即使在室温下,材料仍然可以自我修复”

在征服了3D可印刷软质材料之后,他们正在努力开发不同的可自硬材料,从现有的软橡胶到刚性硬塑料,具有各种刚度。这些可用于车辆部件,复合材料,甚至防弹衣。