Ученые обнаружили, что 3D-печатная пена работает лучше, чем стандартные ячеистые материалы с точки зрения долговечности и долгосрочной механической работы.
Пена, также известная как сотовые тела, представляют собой важный класс материалов с приложениями, начиная от теплоизоляции и амортизирующих опорных подушек для легких конструкционных и флотационных компонентов. Такой материал является одним из важнейших компонентов в большом количестве отраслей промышленности, в том числе автомобильной, аэрокосмической, электроники, морских, биомедицинских, упаковочных и защитных. Традиционно, пеной создаются процессы, которые приводят к весьма неравномерной структуре со значительной дисперсией по размеру, форме, толщине, связанности и топологии составляющих его клеток.
В качестве улучшенной альтернативы, ученые в производственной лаборатории недавно продемонстрировали возможность 3D печати однородных структур пены посредством процесса, называемого прямая запись чернил. Тем не менее, так как 3D печать требует использования полимеров с определенными свойствами, важно понимать долгосрочную механическую стабильность таких печатных материалов, прежде чем они могут стать коммерческими. Это особенно важно в таких конструкциях, как опорные подушки, где вспененный материал подвергается долгосрочным механическим нагрузкам.
Для решения вопроса об устойчивости, команда осуществила ускоренное старение эксперимента, в которых образцы, как традиционной пены, так и 3D печатные материалы были подвергнуты множеству повышенных температур при постоянном сжимающей силе. Напряженное состояние, механическая реакция и постоянная деформация конструкции каждого образца наблюдалась в течение одного года, а в некоторых случаях даже дольше. Метод, который называется температурно-временной-суперпозицией, затем использовали для количественной модели эволюции таких свойств в течение десятилетий в условиях окружающей среды.
Это исследование убедительно показало, что 3D печатные материалы стареют медленно, т.е., лучше сохраняют свои механические и структурные характеристики, по сравнению с их традиционными аналогами.
Для того, чтобы получить более глубокое представление о том, почему печатный клеточный материал отображает превосходную долгосрочную стабильность, команда изобразила 3D-микроструктуру каждого образца пены с рентгеновской компьютерной томографией, а также проводила конечно-элементный анализ распределения напряжений в пределах каждого микро- состава. Они обнаружили, что существует гораздо более широкий разброс локальных напряжений в пределах традиционной пены, с точкой крайнего стресса значительно выше, чем максимальное количество очков напряжений в пределах более равномерной 3D печатной пены. Ремонт тепловизоров iray
«3D печатная пена предлагает большую гибкость в создании программируемых архитектур, настраиваемую форму и перестраиваемую механическую реакцию,» сказал ведущий автор Амитеш Маити. «Теперь, когда наша работа убедительно свидетельствует о превосходной долгосрочной стабильности и производительности печатного материала, нет никаких причин, чтобы не рассмотреть вопрос о замене традиционной пены на соответствующим образом сконструированную 3D печатную пену.»
