Vedci používajú technológiu 3D tlače na vývoj samokontroly PEEK

Tím inžinierov vedený univerzitou v Glasgowe pomocou technológie 3D tlače pridal nové vlastnosti do plastu nazývaného polyéteretherketón alebo PEEK. Tento nový ľahký, nárazuvzdorný plast&"; voštinový &"; štruktúra dokáže vycítiť, kedy je poškodená, a môže byť použitá v nových&„smart &“; protézy a lekárske implantáty.

Konvertujte nevodivé materiály na vodivé materiály

Vďaka mechanickým vlastnostiam, vysokej teplote a chemickej odolnosti PEEK&# 39 je vhodný pre široké spektrum aplikácií v leteckom, automobilovom a ropnom a plynárenskom priemysle. Tím pridal do svojej voštinovej štruktúry PEEK mikroskopické uhlíkové vlákna, čo umožnilo tomuto bežne nevodivému materiálu prenášať elektrické náboje celou jeho štruktúrou.

Chceli študovať, či poškodenie vodivého voštinového kompozitného materiálu PEEK neovplyvní jeho elektrický odpor. Ak je to tak, môže dať novému materiálu schopnosť&sa „vnímať &“ - napríklad umožniť implantátu bedrového kĺbu hlásiť, keď sa zmenila jeho vodivosť, čo naznačuje, že sa opotreboval a je potrebné ho vymenený.

Rôzne kombinácie plástov

S cieľom otestovať schopnosť vlastného snímania ich dizajnu použili 3D tlač na vytvorenie troch rôznych voštinových štruktúr: šesťuholníková štruktúra, chirálna štruktúra v tvare kríža a šesťstranný sklopný dizajn s použitím materiálu PEEK z uhlíkových vlákien a tradičných materiálov.

Potom umiestnili bunkovú štruktúru pod dva typy záťaží, aby porovnali svoje príslušné schopnosti absorpcie energie. V teste stláčania sa vyvíja konštantný tlak skôr, ako sa štruktúra zrúti. Každá konštrukcia z uhlíkových vlákien PEEK prekonáva svoje tradičné náprotivky PEEK, ktoré odolávajú vyšším tlakom.

Avšak pri nárazovej skúške, keď ťažký predmet spadne na konštrukciu z výšky, vykazujú tri štruktúry PEEK z uhlíkových vlákien silnejšiu odolnosť proti poškodeniu. Šesťhranná voštinová štruktúra z uhlíkových vlákien PEEK má najlepšiu odozvu a vydrží väčší dopad ako ktorákoľvek iná.

V tlakovej skúške vedci tiež merali odolnosť voštinovej štruktúry PEEK z uhlíkových vlákien voči elektrickým nábojom, keď boli namáhané tri rôzne štruktúry. Zmena použitého odporu deformácie - miera progresie poškodenia známa ako piezorezistívna citlivosť - klesá so zvyšujúcim sa tlakovým napätím. Keď je konštrukcia úplne rozdrvená, odpor sa takmer úplne stratí. Rôzne faktory špecifikácie pozorované pre rôzne konfigurácie súvisia s rýchlosťou rastu poškodenia súvisiacou s ich schopnosťou absorbovať energiu, čo naznačuje, že piezorezistívne vlastnosti PEEK z uhlíkových vlákien môžu pomôcť vytvoriť novú generáciu inteligentných ľahkých multifunkčných štruktúr.

Budúce aplikácie v mnohých priemyselných odvetviach

Vedci tvrdia, že vďaka jedinečným vlastnostiam PEEK je neoceniteľný pre mnohé priemyselné odvetvia a dúfame, že štruktúra voštinového plástu PEEK z uhlíkových vlákien, ktorý môžeme vytvoriť pomocou 3D tlače, otvorí ďalšie možnosti.

3D tlač nám umožňuje výrazne riadiť dizajn a hustotu voštinovej štruktúry. V porovnaní s tuhými kovovými zliatinami, ktoré sa tradične používajú pre lekárske implantáty, ako sú náhrady bedrového alebo kolenného kĺbu, nám to môže umožniť vytvoriť materiály, ktoré majú bližšie k fyziológii prírodných kostí, čo ich môže pohodlnejšie a efektívnejšie.