Тауфик и его коллеги изготовили Pinecone, малину и тыкву. Кредит: Институт передовой науки и техники Бекмана
Заряжаясь вперед на максимальной скорости, садовая улитка на 1 миллиметре покрытия в секунду. По этой логике, Бекманский институт передовых наук и технологий Новый процесс 3D -печати ускоряет существующие методы — в темпе улитки.
Исследователи в группе систем автономных материалов Бекмана создали «Печать роста», которая имитирует внешнее расширение деревьев с помощью переворотов для печати полимерных деталей быстро и эффективно без пресс -форм и дорогого оборудования, обычно связанного с 3D -печати. Их работа появляется в журнале Продвинутые материалыПолем
«Люди невероятно талантливы в создании вещей. Совершенно новые производственные процессы трудно найти. Печать роста совершенно новая, что является захватывающим»,-сказал Сайм Тауфик, профессор механической науки и инженерии в Университете Иллинойса Урбана-Шампейн и руководитель проекта.
Tawfick сказал, что наиболее распространенной промышленной технологией производства является литье под давлением, где расплавленные полимеры формируются в металлической форме. Несмотря на то, что он эффективен для массового производства, поддержание форм и отверждения (где пластиковые затвердевания) может быть затратным и громоздким, особенно для крупных объектов, таких как корпус лодки или лезвия вентилятора. Аддитивное производство, которое печатает 3D-предметы, как слоевый пирог, не является плесенью и идеально подходит для индивидуальных деталей, таких как протеза.
«Полимерное 3D -печатное оборудование созрело, но все еще есть аспекты, которые делают его дорогим и очень медленным», — сказал Тауфик. «Наша цель состояла в том, чтобы увеличить скорость производства, размер и качество материала, сохраняя при этом низкую стоимость. Этот процесс, который мы придумали, действительно быстрый и недорогой».
Процесс исследователей. Кредит: Институт передовой науки и техники Бекмана
Во-первых, Сайм и его коллеги изливают янтарную жидкую смолу, называемую дициклопентадиен, или DCPD, в открытый стеклянный контейнер, погруженный в ледяную воду. Они нагревают центральную точку в смоле до 70C. По мере того, как реакция вступает в силу, тепло излучается наружу от исходной точки контакта в 1 мм/с, более чем в 100 раз быстрее, чем настольные 3D-принтеры, доступные для домашнего использования, и в 60 раз быстрее, чем самые быстрорастущие виды в мире бамбука.
Все, что касается тепла, затвердевает в растущую сферу, например, если мифический король Мидас захватил ядро Земли. Самостоятельно подходящая от устойчивого высвобождения тепла, реакция-названная полимеризация метатезиса, открываемого лобным кольцом и прозвище от минимальной энергии, чтобы закрепить смолу в его твердую форму: политициклопентадиен или P-DCPD.
По мере того, как растет закаленная сфера, исследователи изменяют свою форму, вытаскивая ее из смолы, как яблоко из липкой карамели. Поскольку реакция с жидкостью к солидности происходит только под поверхностью, исследователи могут поднимать, опускать или вращать твердую часть, как выдувное стекло, чтобы манипулировать его размером и формой. Например: для создания гофрированного или волнистого края исследователи слегка поднимают смолу, удерживайте ее и повторите.
Исследователи разработали свой процесс, чтобы имитировать, как дерево неуклонно расширяется наружу, кольцо за кольцом. В природе такие элементы, как гравитация, ветер и температура, дополняют тенденцию дерева симметрично расти, что приводит к деревьям, которые склоняются к ветру или достигают пятна солнечного света в лесном навесе.
Тауфик был влюблен в модели роста живых организмов и полученные формы, также известные как морфогенез, — попечил книгу «Чтение д’Арси Вентворт Томпсон» о росте и форме ». В августе прошлого года, когда Тауфик был назначен от доцента до полного профессора, он посвятил книгу университетской библиотеке.
Используя свой новый метод, Тауфик и его коллеги сфабриковали повседневные предметы, такие как Pinecone, малина и сквош. Все это осесимметричные формы или симметричные вокруг вертикальной оси. Несимметричные формы сложнее, но возможно; Например, исследователи выгнули птицу киви, позволив сферическому телу расширяться ниже поверхности, прежде чем подтянуть ее как раз вовремя, чтобы создать миниатюрный клюв головы и минутный клюв.
Новый метод исследователей быстрее и эффективнее, чем существующие методы 3D -печати. Кредит: Институт передовой науки и техники Бекмана
«Это красивое и простое применение процесса реакции-диффузии, который встречается во многих природных системах. Скорость и энергоэффективность процесса распечатки роста делают этот процесс особенно привлекательным. На стороне моделирования этого совместного проекта мы разработали вычислительный инструмент, который предсказывает, что вверх движутся стержни, необходимый для достижения целевой формы производителя,-сказал Philippe Geubelle, Illinois Profrevessore An Arey.
Ограничения этого метода — те же самые, что и в природе. Печать изогнутых объектов, таких как бананы, теоретически возможна, но трудно программировать математически, как и сложные формы, как шип в розе », — сказал Тауфик.
«Трудно найти идеальный куб в природе. Я не знаю ни о каком растении или организме, который выглядит как идеальный куб. Точно так же наш процесс не может сделать идеальный куб. Это интересное зеркало природы», — сказал он.
Tawfick говорит, что процесс «прост и очень продается», и надеется, что однажды его можно использовать для создания больших продуктов на основе полимеров, таких как лопасти ветряных турбин.
Больше информации:
Морфогенный рост 3D -печать, Продвинутые материалы (2025). Doi: 10.1002/adma.202406265. advanced.onlinelibrary.wiley.c… .1002/adma.202406265
Информация журнала:
Усовершенствованные материалы, предоставленные Институтом передовой науки и техники Бекмана
Цитирование: Вдохновленный природой метод 3D-печати стреляет быстрее, чем бамбук (2025, 11 марта), извлеченный 14 марта 2025 года из этого документа, подвергается авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
