3D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja

Perinteinen kokeilu ja erehdys -prosessi on hidas ja työvaltainen. Tämä vaikeuttaa tarvittavien uusien teknologioiden kehittämistä puhtaaseen energiaan ja ympäristön kestävyyteen sekä elektroniikan ja biolääketieteen laitteisiin.

"Uuden materiaalin löytäminen kestää yleensä 10-20 vuotta", sanoi Yanliang Zhang , Notre Damen yliopiston ilmailu- ja konetekniikan apulaisprofessori.

"Ajattelin, että jos voisimme lyhentää tämän ajan alle vuoteen - tai jopa muutamaan kuukauteen - se muuttaisi uusien materiaalien löytämistä ja valmistusta."

Nyt Zhang on tehnyt juuri sen luomalla uudenlaisen 3D-tulostusmenetelmän, joka tuottaa materiaaleja tavoilla, joita perinteinen valmistus ei pysty vastaamaan.

Uusi prosessi sekoittaa useita aerosolisoituja nanomateriaalimusteita yhdessä tulostussuuttimessa ja muuttaa musteen sekoitussuhdetta lennossa painoprosessin aikana. Tämä menetelmä, jota kutsutaan korkean suorituskyvyn kombinatoriseksi tulostukseksi (HTCP), ohjaa sekä printattujen materiaalien 3D-arkkitehtuuria että paikallisia koostumuksia ja tuottaa materiaaleja, joissa on gradienttikoostumuksia ja -ominaisuuksia mikromittakaavan tilaresoluutiolla.

Aerosolipohjainen HTCP on erittäin monipuolinen ja soveltuu monenlaisiin metalleihin, puolijohteisiin ja eristeisiin sekä polymeereihin ja biomateriaaleihin. Se luo yhdistelmämateriaaleja, jotka toimivat "kirjastoina", joista jokainen sisältää tuhansia ainutlaatuisia koostumuksia.

Yhdistelmämateriaalien tulostuksen ja korkean suorituskyvyn karakterisoinnin yhdistäminen voi merkittävästi nopeuttaa materiaalien löytämistä, Zhang sanoo. Hänen tiiminsä on jo käyttänyt tätä lähestymistapaa tunnistaakseen puolijohdemateriaalin, jolla on erinomaiset lämpösähköiset ominaisuudet, mikä on lupaava löytö energiankeruu- ja jäähdytyssovelluksiin.

Löytämisen nopeuttamisen lisäksi HTCP tuottaa toiminnallisesti luokiteltuja materiaaleja, jotka muuttuvat vähitellen jäykästä pehmeäksi. Tämä tekee niistä erityisen hyödyllisiä biolääketieteellisissä sovelluksissa, joiden on muodostettava silta kehon pehmytkudosten ja jäykkien puettavien ja implantoitavien laitteiden välillä.

Tutkimuksen seuraavassa vaiheessa Zhang ja opiskelijat aikovat soveltaa koneoppimisen ja tekoälyn ohjaamia strategioita HTCP:n tietorikkaaseen luonteeseen nopeuttaakseen laajan valikoiman teknologian löytämistä ja kehittämistä. materiaaleja.

"Tulevaisuudessa toivon voivani kehittää itsenäisen ja itseohjautuvan prosessin materiaalien löytämiseen ja laitevalmistukseen, jotta laboratorion opiskelijat voivat vapaasti keskittyä korkean tason ajatteluun", Zhang sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella