拉馬爾大學開發(fā)3D打印自愈材料實現(xiàn)零浪費

來源： 中國工控網(wǎng)

近日，由助理教授凱文達瓦米博士領導的德克薩斯州拉馬爾大學的一組研究人員使用先進的SLA 3D打印機開發(fā)了一種自我修復材料。該技術(shù)具有各種應用，從固定鞋底和手機屏幕到軟骨修復。通過將材料暴露在紫外線下，它就能夠?qū)崿F(xiàn)“自我修復”。研究人員相信，它可以幫助減少材料受損時產(chǎn)生的廢物量，如果能夠自行修復，則可以在沒有任何浪費的情況下修復損壞。

凱文達瓦米博士也是該大學Nano-Micro-Macro制造集團的負責人，他的團隊發(fā)表了一篇關(guān)于他們工作的論文，題目是“科學報告中的嵌入式治療劑儲存器的附加制造自我修復結(jié)構(gòu)”； 合著者是梅爾達·莫森尼扎德，摩根·米查姆，普拉文·達馬蘇斯，昆汀·威廉姆斯和邁克爾·蒙特。

研究人員寫道：“自我修復材料通過修復對其造成的損傷，能夠部分或完全恢復其機械性能，在沒有或有限的通道進行修復的情況下，具有巨大的應用潛力。在這里，我們展示了一種生物啟發(fā)的自我修復材料的新設計，在這種材料中，嵌入在結(jié)構(gòu)中的單元細胞被填充了一種紫外線固化樹脂，并充當自愈劑的貯存器。這種設計使得機械損傷的重復修復成為可能。當裂縫擴展到其中一個預埋的儲層時，通過毛細管作用將愈合劑釋放到裂縫平面中，通過紫外線照射聚合后，將裂縫表面粘合起來。這里的結(jié)構(gòu)是用立體光刻技術(shù)通過一層一層地沉積材料來制造的。

“樹脂捕捉”作為一種獨特的集成技術(shù)，首次被開發(fā)出來，以擴展3D打印制造技術(shù)的能力，創(chuàng)造出功能更廣泛的組件。與先前報告的自愈材料相比，自愈材料是在一個步驟中制造的，無需任何連續(xù)階段，即用愈合劑填充儲液罐。納米壓痕和三點彎曲等多尺度力學測試證實了我們方法的有效性。”

該團隊的材料受到大自然的啟發(fā)，密封修復樹脂通過一系列儲存器被捕獲在材料內(nèi)部，并且僅在發(fā)生破裂時釋放。 這聽起來很熟悉嗎？ 它與我們皮膚中的微血管血液網(wǎng)絡相當，當受傷時，它有助于恢復我們的組織。只有在這種情況下，毛細管作用才能使紫外線敏感樹脂逃逸，而不是血液進入傷口表面，因此只需要使用必要的量來固定孤立的損傷。

正如《新地圖集》中的一個故事所解釋的那樣，“只要這些物體完好無損，液體就不會被破壞。但是，如果聚合樹脂破裂，毛細管作用會將部分液態(tài)樹脂抽出。一旦迅速暴露在人工紫外線光源下，液體樹脂就會聚合，封閉裂縫。”

根據(jù)該大學的說法，由于“自我修復機制的自主功能”，幾乎不需要短時間暴露在紫外線下的任何干預來修復材料所受的任何損害。紫外線照射可以遠程完成，對于難以觸及的設備組件，將特別有用。

這種自我修復的3D打印材料的潛在好處是深遠的。使用這種材料來修復容易損壞的日常物品（如設備組件，眼鏡和工具）要快得多。此外，如果使用這種自修復機制制造更多物品，由于產(chǎn)品破損而輸送到垃圾填埋場的廢物量將大大減少。

對于他們的論文，凱文達瓦米博士的研究小組在 SLA 3D打印機上制作了他們的材料測試樣本，這些樣本是在SOLIDWORKS中設計的。他們現(xiàn)在正致力于進一步開發(fā)該技術(shù)，目標是減少需要多少光能來實現(xiàn)自我修復。這意味著不需要人為干預，只有周圍的紫外線源，如陽光，才能進行自我修復。