受蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，研究人員開發(fā)出3D打印的防震材料

2020年11月23日，南極熊獲悉，蒙特利爾理工大學(xué)機械工程系的研究人員，使用3D打印設(shè)計了一種織物，最多可吸收96％的沖擊力而不會破裂。

這個團隊是從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯（PC）制成膠粘劑，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物。選擇PC材料是因為它在通過熔融絲材制造（FFF）3D打印機擠出時粘度低。

將來，這種3D打印材料可以用于制造防彈玻璃，甚至可以應(yīng)用于航空領(lǐng)域，作為飛機發(fā)動機的保護涂層。

制造3D打印的防沖擊材料

研究人員對PC進行加熱以制造這種材料，就像加熱聚合物一樣，它會成型為類似于蜂蜜的粘性粘合劑，可用于復(fù)制蜘蛛網(wǎng)。

研究人員使用了熔融絲材制造（IFFF）3D打印機來創(chuàng)建透明且吸收沖擊的3D打印材料。在IFFF過程中，PC被部分熔化，然后快速擠出到打印平臺上。

FrédérickGosselin教授的團隊加熱了PC，并“編織”了一系列厚度不足2mm的纖維。重復(fù)該過程，并以90°角3D打印多根纖維，直到整個“纖維網(wǎng)”固化為止。在此過程中，熔融塑料會形成圓圈，形成一系列環(huán)。根據(jù)Gosselin教授的說法，這些環(huán)將變成犧牲鏈，在打印后，這些環(huán)賦予纖維額外的強度。

她補充說：“發(fā)生撞擊時，這些犧牲環(huán)節(jié)會吸收能量并斷裂，以維持纖維的整體完整性-類似于絲綢蛋白�！�

△團隊從蜘蛛網(wǎng)中汲取了靈感，通過加熱聚碳酸酯制成膠粘劑，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物，圖片來自蒙特利爾理工大學(xué)

測試防碎材料的強度

這項研究的目的是在微觀尺度上開發(fā)一種機制，創(chuàng)建一種新型的沖擊吸收纖維，該纖維可以釋放大量能量而不會破裂。

為此，報告調(diào)查了材料的纖維在纏繞時的行為。進行了沖擊測試，以查看將3D打印材料嵌入玻璃窗格是否可以防止其碎裂。結(jié)果表明，材料不會在某些地方變形，而不會破碎，但塑料薄片的整體形狀將保持完整。

當(dāng)團隊想看看它是否可以接住自由落體的棒球時，人造蜘蛛網(wǎng)經(jīng)過進一步的測試，將500克棒球從66厘米高處掉落到?jīng)_擊測試儀上。

測試突出了棒球與材料接觸時的影響。在撞擊下，棒球的動能在很大程度上被犧牲性紐帶的斷裂和其隱藏長度的展開所消散。結(jié)果顯示出與蜘蛛網(wǎng)相同的能量耗散機制。

這項研究的更多細節(jié)可以在Cell Reports Physical Science雜志上發(fā)表的標(biāo)題為 “Spiderweb-Inspired, Transparent, Impact-Absorbing Composite,” 中找到。它由FrédérickGosselin教授，Daniel Therriault教授和博士生Shibo Zou共同撰寫。

△團隊希望了解3D打印材料是否可以抓住自由落下的500克棒球，棒球從66厘米高處掉落到?jīng)_擊測試儀上，圖片來自蒙特利爾理工大學(xué)

編譯自：3dprintingindustry