3D打印新技能:可让开裂鞋子、破损玩具自动修复


近期,来自南加州大学Viterbi工学院的研究员们又开发了一种新型的 3D 打印橡胶材料,它可以实现材料的自我修复功能。简单来说就是假如你的鞋子或者玩具破损了,不需要直接扔掉,因为他们会进行自我修复。

Viterbi工学院的助理教授 Qiming Wang 一直从事3D打印材料领域的工作,他与学生及康涅狄格大学助理教授 Yang Li 合作,共同创造了这种新材料,如果断裂或被刺破,可以快速进行自我修复。这种可自我修复材料将改变鞋类、轮胎、软机器人甚至电子等行业的游戏规则,缩短制造时间,同时提高产品的耐用性和使用寿命。

二硫化物基团可以在断裂时重整,通过加入氧化剂,将硫醇转化为另一个二硫化物基团即实现了这种自我修复能力。找到两者之间的正确比例是解锁材料独特属性的关键。

当增加氧化剂的量时,材料的“自愈”行为会增强,但光聚合行为变得更弱,Wang 教授解释说这两种行为之间存在竞争关系。成功的关键在于找到一种能够实现高度自愈和相对快速光聚合的比例。

只需要短短5秒的时间,就能打印出一个17.5平方毫米的正方形,20分钟左右就可以打印出一个完整的物体,同时,还可以在几个小时内自行修复。当这种材料被切成两半后,在 60 摄氏度下,它只需 2 个小时就可完全愈合,同时保持了其强度和功能。可以见得,仅仅通过升高温度就可以减少维修的时间,即便在常温下,这种材料依然具备自愈能力。

在征服了3D打印的软质材料后,现在他们正在努力开发不同的可自我恢复的硬质材料,从现有的软橡胶到刚性硬塑料,都具有不同的硬度。这些材料可用于车辆部件等复合材料,甚至防弹衣。

相信随着科技的发展和产业生态的形成,3D打印所应用的产业会越来越广,规模也会越来越成熟,到时候,一定会为我们的工作、生活等方面带来更多便利。

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