Придуман способ изготовления прочных 3D-печатных изделий‏

Брэндон Суини

Углеродные нанотрубки (УНТ) – это относительно новый наноматериал. Впервые они были изготовлены в начале 1990-х гг. За прошедшие годы стоимость этих однослойных цилиндров взаимосвязанных атомов углерода упала с 1500 долларов за грамм в 2000 году до 35-50 долларов за грамм на сегодняшний день. Это привело к массовым исследованиям природы УНТ, а также продуктов, которые уже производились из этого материала. УНТ – это проводники, отличающиеся высокой прочностью и отличными термическими свойствами. Они способны выдерживать огромное давление и не деформироваться при этом.

Некоторые компании уже вывели на рынок композитное волокно для 3D-печати на основе углеродных нанотрубок. Его основная цель – повысить электрическую проводимость напечатанных продуктов. В будущем такое волокно, возможно, будет использоваться для создания электронных устройств со встроенными в них электрическими составляющими. Поскольку в большинстве таких материалов очень невысокое содержание УНТ, внутренняя прочность взаимосвязанных атомов углерода не передается напечатанным предметам.

Сплавленное волокно. Черные области – покрытие из УНТ

Брэндон Суини, аспирант химико-технологического факультета в Техасском технологическом университете, отошел от традиционных методов использования УНТ в сфере 3D-печати. Во время печати на 3D-принтере, работающем по технологии моделирования методом плавления, он выяснил, что пластиковым предметам недостает прочности в тех местах, где соединяются слои. Если напечатанное изделие гнулось или ломалось, критическая точка практически всегда находилась между двумя слоями. Однако Суини удалось найти решение.

Он выяснил, что благодаря своим проводящим свойствам УНТ быстро и сильно нагреваются под воздействием микроволнового излучения, в то время как полимерные волокна обычно выдавливаются на рабочую платформу практически холодными. Суини решил найти способ сплавить все слои вместе и при этом не повлиять на общую форму предмета. И здесь УНТ стали настоящим спасением.

Испытание давлением подтверждает прочность волокна с покрытием из УНТ, подвергшимся микроволновому излучению

Суини взял обычное волокно для 3D-печати и опустил в емкость с УНТ. В результате на поверхности волокна образовался тонкий слой углеродных нанотрубок. Потом он напечатал из этого волокна изделие и облучил его микроволнами (здесь подойдет обычная микроволновая печь). Именно так ему и удалось справиться с проблемой, с которой он столкнулся в прошлом. Когда предмет подвергается излучению, тонкий слой покрытия из УНТ быстро нагревается, сплавляя слои пластикового волокна в местах соединения. При этом остальная часть изделия остается холодной, и его форма сохраняется. Однако не только это позволяет укрепить изделие. Тонкое покрытие из УНТ между слоями волокна тоже добавляет ему прочности. В результате уникальные свойства УНТ частично передаются готовому изделию.

Сейчас Суини продолжает исследование новой технологии вместе с Микой Грином, доцентом кафедры химической технологии, и Мухаммедом Саидом, профессором электроинженерии в Техасском технологическом университете. Они уже получили на нее право интеллектуальной собственности.

Статья подготовлена для 3DToday.ru