أقل كثافة 3D-مطبوعة هيكل الجرافين تمكين بواسطة تقنية جديدة

وقت: 2017-07-10
ملخص: في السماكة ذات الذرة الواحدة ، يعتبر الجرافين أخف وأقوى مادة في العالم. ومع ذلك ، لم يكن تسخير سلطته سهلاً لأنه ليس عملية بسيطة للتلاعب بأصعب المواد في العالم. التصنيع الإضافي (AM) قد يحمل الإجابة.
في السماكة ذات الذرة الواحدة ، يعتبر الجرافين أخف وأقوى مادة في العالم. ومع ذلك ، لم يكن تسخير قوتها سهلاً لأنه ليس عملية بسيطة للتلاعب بأصعب المواد في العالم. التصنيع الإضافي (AM) قد يحمل الإجابة.

يعمل الباحثون المتعددين حاليًا على إيجاد طرق لطباعة 3D "المادة العجيبة" ، كما يطلق عليها أحيانًا ، بطرق تحافظ على الخصائص الفيزيائية المرغوبة. تتضمن معظم الطرق معالجة الجرافين كجويغلول ، مما يقلل في النهاية من كمية الجرافين في التركيبة النهائية إلى 20 بالمائة فقط أو نحو ذلك.

مربع ثلاثي الأبعاد من الجرافين (aerigel) خفيف جداً بحيث يمكن أن يستقر على قمح فردي من القمح دون ثنيه. تمت الطباعة بواسطة مهندسين من جامعة ولاية كانساس ، وجامعة بوفالو وجامعة لانتشو في الصين.

مربع ثلاثي الأبعاد من الجرافين (aerigel) خفيف جداً بحيث يمكن أن يستقر على قمح فردي من القمح دون ثنيه. تمت الطباعة بواسطة مهندسين من جامعة ولاية كانساس ، وجامعة بوفالو وجامعة لانتشو في الصين.
في جامعة بوفالو ، تم تطوير عملية جديدة تحافظ على الخواص الفيزيائية للجرافين وتمكن من الطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل المجهرية. في الواقع ، تم تسمية الأجزاء المطبوعة مع العملية من قبل موسوعة غينيس للأرقام القياسية بأنها "البنية المطبوعة الأقل كثافة ثلاثية الأبعاد" التي صنعت حتى الآن.

3D الطباعة مع الجرافين
لفهم ما يجعل طريقة تشو فريدة من نوعها ، من المهم أن نفهم لماذا كان الجرافين ثلاثي الأبعاد شديد الصعوبة بشكل تقليدي. أوضح تشو أنه حتى وقت قريب ، كانت مسألة ربط الطبقة المادية بطبقة.

 
وقال تشو: "إن الصعوبة الرئيسية في طباعة الجرافين ناتجة عن تشكُّل الجرافين المعقد وآلية تشكيل المواد غير المألوفة". "إنه أمر صعب ، إن لم يكن مستحيلاً ، تجميع صفائح الجرافين ثنائية الأبعاد بواسطة الانصهار الحراري ، والضغط الضوئي ، والترابط الكيميائي كما هو معتاد في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية."

وشملت البحوث السابقة العمل من قبل كلية امبريال في لندن ومختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL). يطبع فريق إمبريال كوليدج لندن ثلاثي الأبعاد باستخدام أكسيد الجرافين مع بوليمر متجاوب لإخراج المادة كعجينة.

تجميد الصب الجرافين
ومع ذلك ، اتخذت مجموعة تشو - والتي شملت أيضا دونغ لين من جامعة ولاية كانساس وكيانغكيانغ تشانغ من جامعة لانتشو في الصين - نهجا مختلفا. قام الفريق بتعديل الطابعة ثلاثية الأبعاد المصنعة ذات الفتيل المصهور المفتوح لاستخدام رأس الطباعة النافثة للحبر ، بدلاً من رأس البثق ، لإيداع أكسيد الجرافين وخليط الماء في الفريزر على طبق بارد عند درجة حرارة -20 درجة مئوية.

تساعد درجات الحرارة المنخفضة الجسم في الحفاظ على شكله ومع نمو بلورات الثلج ، تضغط أوراق الجرافين التي تشكل كل طبقة في شبكة ثلاثية الأبعاد.عند الطباعة ، يتم تجفيف الهيكل بشكل تجميد ، مما يؤدي إلى تبخر الثلج وترك فقط الجرافين ايرجل.

هذه العملية ، والمعروفة باسم صب التجميد ، تستخدم أحيانا في السيراميك. يتصلب الماء بطريقة متباينة ، وعندما يقترن بمواد أخرى ، مثل جسيمات السيراميك ، في الملاط ، من الممكن التحكم في درجة الحرارة بشكل اتجاهي. تتكون بلورات الثلج على جانب واحد وتنتشر عبر تدرج درجة الحرارة على المادة ، وإعادة توزيع جزيئات الخليط في العملية.

وقال تشو "إن النتيجة النهائية هي مادة الجرافين الهوائية ، وهي مادة مسامية وممتازة يتم فيها استبدال الجزء السائل من الهلام بالهواء ، مما يسمح لها بالاحتفاظ بالشكل في درجة حرارة الغرفة" ، وقد أثبتت هذه العملية أنها فعالة للغاية. ناجحًا. أحد الكتل على طول الطريق هو الإدارة الحرارية المناسبة ، والتي تعد المفتاح لأداء العملية (الموثوقية والقرار والنزاهة). "

سابق:دمج ماكينات CNC وأتمتة التصنيع الأذكى

التالي:مقدمة لسيطرة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي