Teadlased kasutavad 3D-printimistehnoloogiat enesetundliku PEEK-i arendamiseks

Glasgow ülikooli juhitud inseneride meeskond kasutas 3D-printimistehnoloogiat, et lisada plastile uusi omadusi, mida nimetatakse polüeetereetketooniks või PEEK-iks. See uus kerge, löögikindel plast&"kärgstruktuur &" struktuur võib tajuda, millal see on kahjustatud, ja seda saab kasutada uutes &; proteesid ja meditsiinilised implantaadid.

Teisendage mittejuhtivad materjalid juhtivateks materjalideks

PEEK' mehaanilised omadused, kõrge temperatuur ja keemiline vastupidavus muudavad selle sobivaks kasutamiseks mitmesugustes rakendustes lennunduses, autotööstuses ning nafta- ja gaasiväljadel. Meeskond lisas oma kärgstruktuuri PEEK-i struktuurile mikro suurusega süsinikkiud, võimaldades sellel tavaliselt mittejuhtival materjalil kanda kogu oma struktuuri elektrilaenguid.

Nad tahtsid uurida, kas juhtiva kärgstruktuuri PEEK-komposiitmaterjali kahjustamine mõjutab selle elektritakistust. Kui jah, võib see anda uuele materjalile võime&"tajuda ennast &" - näiteks võimaldab puusaimplantaat teatada, kui selle juhtivus on muutunud, näidates, et see on kulunud ja vajab asendatud.

Erinevad kärgstruktuuride kombinatsioonid

Oma disaini enesetunnetusvõime testimiseks lõid nad 3D-printimise abil kolme erinevat kärgstruktuuri: kuusnurkse struktuuri, ristikujulise kiraalse struktuuri ja kuuepoolse kokkuklapitava kujunduse, kasutades süsinikkiust PEEK-i materjale ja traditsioonilisi materjale.

Seejärel panid nad raku struktuuri kahte tüüpi koormuste alla, et võrrelda nende vastavaid energia neeldumisvõimalusi. Pressimiskatses rakendatakse enne struktuuri kokkuvarisemist ühtlast survet. Iga süsinikkiust PEEK-i disain ületab oma traditsioonilisi PEEK-i kolleege, mis taluvad suuremat survet.

Kui aga raske objekt kukub konstruktsioonile kõrgelt, näitavad löögikatsel kolm süsinikkiust PEEKi struktuuri tugevamat kahjustuskindlust. Süsinikkiust PEEK-i kuusnurkne kärgstruktuur reageerib kõige paremini ja talub suuremat mõju kui ükski teine.

Purustustestis mõõtsid teadlased ka süsinikkiust PEEK kärgstruktuuri vastupidavust elektrilaengutele, kui pingutati kolme erinevat struktuuri. Rakendatud pingetakistuse muutus - kahjustuse progresseerumise mõõt, mida tuntakse piesoresistsiivse tundlikkusena - väheneb, kui survetugevus suureneb. Kui struktuur on täielikult purustatud, kaob takistus peaaegu täielikult. Erinevate konfiguratsioonide puhul täheldatud erinevad spetsifikatsioonitegurid on seotud kahjustuste kasvu kiirusega, mis on seotud nende energiaimavuse võimega, mis näitab, et süsinikkiust PEEK-i piesoresistentsed omadused võivad aidata luua uue põlvkonna nutikaid kergeid multifunktsionaalseid struktuure.

Tulevased rakendused paljudes tööstusharudes

Teadlaste sõnul muudavad PEEK-i ainulaadsed omadused selle paljudele tööstussektoritele hindamatuks ja loodame, et süsinikkiudude ehitamise PEEK-kärgstruktuuri struktuur, mille saame 3D-printimise abil üles ehitada, avab rohkem võimalusi.

3D-printimine võimaldab meil kärgstruktuuri kujundust ja tihedust oluliselt kontrollida. Võrreldes meditsiiniliste implantaatide, näiteks puusa- või põlveliigese asendamiseks kasutatavate tahkete metallisulamitega, võib see lubada meil luua materjale, mis on looduslike luude füsioloogiale lähemal, mis võib muuta need mugavamaks ja tõhusamaks.