چاپ سه بعدی پلیمرهای خود ترمیم با هدف افزایش عمر محصولات با ترمیم آسیب هایی مانند ترک ها و خراش ها و همچنین توانایی افزایش کیفیت و دوام قطعه را دارد. پلی یورتان های ترموپلاستیک (TPU) به دلیل قابلیت های بهبود بخشیدن در دمای اتاق و ویژگی های مکانیکی مناسب ، توجه قابل توجهی را در زمینه پلیمرهای خود ترمیم جلب کرده اند ، اما در گذشته بهبودی بیشتر از طریق اتصال هیدروژن حاصل شده است.

اکنون ، محققان دانشگاه صنعتی دلفت روشی را برای چاپ سه بعدی TPU خود ترمیم شونده دمای اتاق (SH-TPU) با استفاده از مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) ایجاد کرده اند. گزارش شده است ، SH-TPU مورد استفاده در این مطالعه در مقایسه با TPU تجاری چاپ سه بعدی وابستگی مکانیکی کمتری به شرایط چاپ نشان می دهد ، و همچنین دارای ارزش افزوده خسارات بهبودی در دمای اتاق است.

تصاویری از نمونه های چاپ شده ۳D-SH-TPU تقریباً ۱۰ × ۲۰ × ۵ میلی متر. تصویر از طریق پیشرفت های اخیر در پلیمرهای خود ترمیم.

چاپ سه بعدی پلیمرهای خود ترمیم کننده

خواص خود ترمیمی بافت های بیولوژیکی مانند پوست و تاندون ها نیز در چاپ سه بعدی مطلوب است و توانایی ادغام ویژگی های مشابه در مواد چاپی پلیمری انعطاف پذیر می تواند به طور بالقوه زمینه های جدیدی را برای تولید مواد افزودنی از نظر رباتیک نرم و الکترونیک مصرفی ایجاد کند. ، در میان چیز های دیگر. تحقیقات در این زمینه به سرعت در حال افزایش است ، اگرچه دستیابی به این ویژگیهای مطلوب از طریق چاپ سه بعدی تاکنون دشوار به اثبات رسیده است.

اگرچه پس از چاپ موفقیت آمیز بیو پلیمر ساخته شده از میگو که می تواند قفل دستگاه های پوشیدنی خود ترمیم شونده و توسعه صفحه های نمایشگر گوشی های هوشمند و رایانه ای خود ترمیم شده سه بعدی را ایجاد کند ، در گذشته پیشرفت هایی حاصل شده است. حتی پیش بینی هایی نیز وجود دارد که هواپیماهای بدون سرنشین و هواپیماهای بدون سرنشین و خود ترمیم شونده می توانند طی چند دهه آینده به واقعیت تبدیل شوند.

اخیراً ، محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یک ماده لاستیکی چاپ شده سه بعدی ساخته اند که می تواند خود را ترمیم کند و می تواند باعث افزایش طول عمر کفش ، لاستیک ، رباتیک نرم و الکترونیک شود ، در حالی که تیمی از دانشگاه لامار از استریولیتوگرافی (SLA) برای سازه هایی با الهام از کاکتوسها مجهز به خود ترمیم خودکار.

در جای دیگر ، دانشمندان دانشگاه ملی مرکزی تایوان شیشه امولسیون خود ترمیم شونده در برابر اشعه ماورا بنفش و گرما ایجاد کردند و همکاری بین دانشگاه A&M تگزاس و آزمایشگاه تحقیقات ارتش ایالات متحده توسعه خانواده جدیدی از مواد چاپ سه بعدی پلیمری قابل بازیافت و خود ترمیم را ایجاد کرد. .

تصاویر میکروسکوپی نمونه های چاپ شده سه بعدی در شرایط مختلف چاپ. تصویر از طریق پیشرفت های اخیر در پلیمرهای خود ترمیم.

چاپ سه بعدی FDM SH-TPU

برای مطالعه خود ، محققان دلفت درصدد تولید و آزمایش مکانیکی روشی برای چاپ سه بعدی SH-TPU در دمای پایین با استفاده از FDM بودند. ابتدا SH-TPU به عنوان یک تخته پلیمری سنتز شد و سپس قبل از اینکه با موفقیت در Ultimaker اصلاح شده ۲+ چاپ شود ، به یک رشته قابل چاپ سه بعدی پردازش شد. هد چاپ دستگاه با اکسترودر E3D Titan تعویض شده و یک فن اضافی نیز برای کمک به مواد در حفظ ثبات پس از خروج از نازل تعبیه شده است. سپس پرونده های کد G برای چاپ با استفاده از نرم افزار Ultimaker’s CURA برای چاپ بلوک های مستطیلی به ابعاد ۲۰x10x4mm تولید شدند.

نمونه های SH-TPU در سه درجه حرارت چاپ مختلف چاپ شد. ۲۲۵ ، ۲۳۰ و ۲۳۵ درجه سانتیگراد. بر اساس بازرسی بصری ، کسانی که در ۲۳۰ درجه چاپ شده اند بهترین کیفیت را دارند. محققان با استفاده از آزمون برش فشرده سازی ، خصوصیات مکانیکی نمونه های چاپ شده سه بعدی را ارزیابی کردند و همچنین با ایجاد برش کنترل شده و آزمایش رفتار مکانیکی نمونه های بهبود یافته ، رفتار خود ترمیمی آنها را مشاهده کردند.

در طی فرآیند ترمیم ، نمونه های بریده شده به مدت ۲۴ ساعت در کوره با درجه ۳۰ درجه سانتیگراد قرار داده شدند. به گفته محققان ، توانایی SH-TPU در بهبود کامل آسیب های برشی و بازیابی خصوصیات مقاومت در برابر شکستگی به طور کامل در طول مطالعه نشان داده شد.

پاسخ مکانیکی معمولی در طول آزمون برش فشرده سازی شامل میکروگرافی که هر منطقه جابجایی بار را توصیف می کند. تصویر از طریق پیشرفت های اخیر در پلیمرهای خود ترمیم.
حفظ توانایی خود درمانی

محققان تغییرات زیادی را در قطر رشته SH-TPU مشاهده کردند که منجر به رسوب ناهموار پلیمر در حین چاپ شد ، که کیفیت چاپ را کاهش می دهد. با این حال ، آنها معتقدند که این امر می تواند به جلو بهینه شود و با وجود این ، SH-TPU فاصله خالی بسیار کم نشان داد و یکپارچگی شکل کامل خود را حفظ کرد. به گفته دانشمندان ، این نشان دهنده توانایی پلیمرهای خود ترمیم برای بدست آوردن قطعات پرینت سه بعدی با کیفیت بالا و بدون تشخیص آشکار رشته های سازنده نمونه است.

علاوه بر این ، SH-TPU پس از فرایند چاپ سه بعدی توانایی خود ترمیمی خود را کاملاً حفظ کرده و رفتار مکانیکی خود را کاملاً بازیابی کرده است.

به گفته محققان ، چاپ سه بعدی مبتنی بر اکستروژن از پلیمرهای خود ترمیم کننده بیشتر بر روی مدل سازی رسوب مایع (LDM) چاپ هیدروژل ها و پلیمرهای واکنش پذیر دما بر اساس پیوندهای کووالانسی برگشت پذیر متمرکز شده است. به همین ترتیب ، به دلیل چسبندگی بالا در مذاب و خصوصیات ویسکوزیته که پردازش آنها را دشوار می کند ، توجه کمی به چاپ SH-TPU در دمای متوسط ​​یا نزدیک به اتاق انجام شده است.

با این حال ، همانطور که محققان شناسایی کردند ، توانایی های مطلوب درمانی و مقدار زیادی که می توان آنها را تولید کرد ، آنها را به کاندیداهای خوبی برای کشف پلیمرهای خود ترمیمی چاپ شده توسط FDM تبدیل می کند.

جزئیات بیشتر این مطالعه را می توان در مقاله ای با عنوان “چاپ سه بعدی یک پلی اورتان ترموپلاستیک خود ترمیم شونده از طریق FDM: از دال پلیمر تا ارزیابی مکانیکی” یافت شده در مجله اخیر پیشرفتها در Self-Healing Polymers. نویسنده این مقاله L.Ritzen ، V. Montano و S. Garcia است.

مهتاب موید