Егер біреу 3D-басып шығарумен жұмыс істеп көрген болса, басып шығарылған бұйымдардың жиі морт болатынын біледі. Тіпті объектіні платформада алып тастағанда, оны зақымдау қаупі бар: мүсінше, қосалқы бөлшек немесе сыйлық, жасауға бірнеше сағат кеткен заттар оңай бөлшектеніп кетуі мүмкін.

Бұл мәселе әсіресе киілетін электроника, жұмсақ робототехника және медициналық технологиялар үшін өзекті, өйткені 3D-басып шығару арқылы жасалған компоненттер ұзақ уақыт бойы сынуға және материалдың шаршауына бейім болып келді.

Дәстүрлі эластомерлердің мәселелері

Кәдімгі бір торлы эластомерлер — бұл созылып, әлсіз молекулалық байланыстардың арқасында бастапқы пішініне қайта оралатын икемді полимерлер, әдетте «не-мұндай, не-ондай» қағидасымен жұмыс істейді. Егер материал сынуға төзімді болса, ол тұрақты жүктемелер кезінде шаршаудан зақымдануы мүмкін. Ал егер шаршауға жақсы қарсы тұрса, қатты соққы немесе созылу кезінде бұзылуы мүмкін.

Жаңа материалды әзірлеу

Лозаннадағы Швейцария Жоғары Техникалық Мектебінің (EPFL) зерттеушілері шешім ұсынды — 3D-басып шығарылатын эластомер, ол әрі күшті соққыларға, әрі ұзақ тозуға төзімді. Өз жұмыстарында олар DNGE (қос торлы түйіршікті эластомерлер) материалын сипаттайды, мұнда қатты эластомер бөлшектері жұмсақ эластомер матрицасына енгізілген. Мұндай құрылым кернеуді тиімді қайта бөледі және орташа деформация кезінде энергияны бірнеше рет сіңіреді, бұл материалдың шаршауға төзімділігін арттырады.

DNGE-нің ерекшеліктері мен артықшылықтары

EPFL командасы бұған дейін де DNGE-мен жұмыс істеп, 3D-басып шығарылатын орталарды қажетті механикалық қасиеттермен жасаған. Зерттеу барысында материалдың түйіршікті құрылымы оның беріктігін айтарлықтай арттыратыны анықталды. Бұл энергияны бірнеше рет сіңіру механизмдерімен байланысты: материал құрылымдық әртүрліліктің арқасында энергияны қайталай сіңіре алады және қайтымсыз бұзылуға ұшырамайды.

Ұқсас эластомерлермен салыстырғанда, DNGE шаршауға үш есе төзімді және беріктігі 15 есеге дейін жоғары. Бұл қатты бөлшектерден оларды байланыстыратын жұмсақ матрицаға механикалық кернеуді қайта бөлу арқылы жүзеге асады. Полимер байланыстарының үзілуінің орнына, полимер тізбектері қайта құрылады, бұл кенеттен бұзылу қаупін азайтады.

Құрылымдық ерекшеліктері мен қолдану перспективалары

DNGE-нің түйіршікті құрылымы барлық жарықшақтардың пайда болуын болдырмайды, бірақ оларды тікелей емес, жұмсақ аймақтар арқылы өткізуге мәжбүрлейді, бұл бұйымның толық бұзылу ықтималдығын төмендетеді. Мұндай тәсіл жұмсақ робототехника, киілетін құрылғылар және биомедицина үшін пайдалы болуы мүмкін, өйткені қазіргі материалдар қаттылық, беріктік және шаршауға төзімділік арасындағы ымырамен шектеледі. DNGE қолдану бұйымдардың қызмет ету мерзімін ұзартып, шығындарды азайтуға мүмкіндік береді.

Материалдың болашақ дамуы

Алдағы уақытта DNGE-нің тұрақтылығын биологиялық ыдырайтын және қайта өңделген материалдарды пайдалану арқылы арттыру жоспарлануда. Бұл экологиялық жүктемені азайтып, материалды коммерциялық 3D-принтерлермен жабдықталған зертханалар үшін қолжетімдірек етеді, механикалық қасиеттеріне зиян келтірмей.