На 3D-принтере научились печатать превращающиеся в керамику оригами-структуры

На 3D-принтере научились печатать превращающиеся в керамику оригами-структуры

Китайские ученые разработали полимерно-оксидные прекурсоры, которыми можно печатать с помощью 3D-принтера на плоской растянутой подложке. Подложка затем расправляется и придает объекту изначально заданную форму, после чего материал можно нагреть и превратить в керамику. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Практически всегда при использовании 3D-печати предмета принимает свою окончательную форму прямо во время печати. Но есть и несколько способов задать форму во время печати, но реализовать ее позднее. Для этого можно создать конструкцию из двух материалов с разными свойствами. К примеру, таким образом физики создали в прошлом году программируемые макароны, которые при попадании в воду меняют форму с плоской на объемную из-за того, что разные слои по-разному впитывают влагу и расширяются от этого.

Также существует подход, при котором используется предварительно растянутая подложка, на которую наносится другой эластичный материал. После того, как натяжения подложки пропадает, она сокращается и заставляет изгибаться всю конструкцию. Такой же метод применили в своей работе Цзянь Лу (Jian Lu) и его коллеги из Городского университета Гонконга. Этим способом они решили создавать керамические объекты. Исследователи использовали двухстадийную схему, при которой изначально на 3D-принтере печатается плоский предмет из полимерного композита, а после того, как предварительно растянутая подложка распрямляется и изгибает предмет, его отжигают в печи и превращают в керамический.

Исследователи разработали два состава, оба из которых представляют собой полидиметилсилоксановую матрицу с включениями оксида циркония, которых, в зависимости от состава, может быть 20 или 40 массовых процентов. После того, как предмет напечатан и принял нужную форму, его в течение двух стадий выдерживают при температуре 1000 или 1300 градусов Цельсия в атмосфере аргона или воздуха. Во время такой обработки материал превращается в силикон-оксикарбидную керамику с включениями из оксида циркония.

Ученые напечатали из полимерно-оксидных композитов множество прототипов. К примеру, они реализовали из такого материала оригами-структуры типа Миура-ори. Изначально они имеют плоскую форму, но могут преобразовываться в объемную периодическую структуру с жестким каркасом. Ранее из таких структур создавали складываемые солнечные панели и радиаторы для космической техники и даже мебель.
В 2016 году компания HRL Laboratories представила другой метод печати полимерных прекурсоров для создания из них керамических предметов. Созданная таким способом керамика выдерживает нагревание до 1700 градусов Цельсия.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>