3D-печать деталей чистой формы без стойки

5 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Линн Ши, Машиностроение Университета Карнеги-Меллона

Профессор Университета Карнеги-Меллон Рахул Панат и его команда разрабатывали новый тип 3D-печатного устройства интерфейса мозг-компьютер (или BCI), в котором специальные микростолбы улавливают коммуникационные сигналы от нейронов, когда они сталкиваются с неожиданной проблемой: микростолбами в массиве. погнулся при спекании. Эти устройства BCI, теперь называемые «Массивы CMU», складывают миллионы металлических наночастиц в трехмерном пространстве, а затем спекают, то есть сплавляют их вместе.

На довольно драматичной иллюстрации — замедленной съемке эксперимента — серебряные микростолбики раскрываются очень скоординированным образом, как распускающийся цветок, во время 12-часового процесса спекания при температуре 150–300 °C. Это явление было совершенно неожиданным, поскольку теория спекания не предсказывает постоянного искажения даже при переменных температурах.

Панат возглавил междисциплинарную группу исследователей из Карнеги-Меллона и Университета штата Вашингтон, стремившуюся не только определить, почему произошло такое искажение, но, что более важно, найти способ его контролировать. Фактически, если исследование будет контролироваться, оно приведет к первой в мире иллюстрации спекания как механизма «4D-печати», относительно новой дисциплины в аддитивном производстве (АП), где 3D-печатные объекты преобразуются в другую форму с использованием таких источников, как тепло, вода, или другие стимулы окружающей среды.

В ходе своего расследования команда окончательно доказала, что массовый транспорт был необходим для того, чтобы вызвать постоянное изменение формы. Они определили два возможных механизма искажения и сформулировали первую в своем роде модель континуума, которая точно предсказывает искажение и параметры, которые его контролируют. Их результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Communications Сандра Ритчи, старший доктор философии. кандидат технических наук, является ведущим студентом исследования.

«Очень интересно, что мы смогли решить фундаментальную проблему аддитивного производства, которая была основным препятствием для получения деталей почти идеальной формы с использованием АМ. Такие детали не требуют дополнительной обработки, что снижает затраты и экономит энергию», — сказал Панат, который добавил: «Идея спекания как способа достижения 4D-печати откроет новые направления исследований». Поскольку нынешние усилия по уменьшению искажений в 3D-печати в основном ограничиваются утомительным подходом проб и ошибок, решение этой проблемы может стать ключевым фактором для развития технологии аддитивного производства.

Эксперименты с использованием микростолбиков были захватывающими, но чтобы ограничить изменение формы в одном направлении, авторы разработали новую серию экспериментов по созданию микростенок толщиной 20 и 35 мкм. Затем можно было бы использовать оптическое изображение для точного измерения искажения (в данном случае изгиба). Как и в случае с микростолбиками, кривизна микростенок увеличивалась по мере того, как спекание продолжалось, достигая пикового значения, прежде чем проявлять умеренное восстановление. Термические измерения показали, что микростенки всегда изгибаются в сторону более горячей стороны, что указывает на массоперенос посредством дифференциального спекания.

Это исследование затрагивает фундаментальную проблему аддитивного производства и, как ожидается, откроет путь к исследованиям, которые Панат надеется продолжить в операндо-микроскопии для наблюдения переноса массы во время деформации, контроля температуры для достижения 4D-печати в различных конфигурациях и разработки моделей, прогнозирующих изменение формы. для сложных форм, что и следовало ожидать в больших деталях для таких отраслей, как аэрокосмические конструкции.