Mekanik Bağlantıları Olmayan 3D Baskı Esnek Cihazları İçin Bir Mürekkep

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

18 Nisan 2024 (Nanowerk HaberleriYumuşak robotlar veya giyilebilir cihazlar üzerinde çalışan mühendisler için nesneleri hafif tutmak sürekli bir zorluktur: Daha ağır malzemeler hareket etmek için daha fazla enerji gerektirir ve giyilebilir cihazlar veya protezler söz konusu olduğunda rahatsızlığa neden olur. Elastomerler, sertten esnekliğe kadar çeşitli mekanik özelliklerle üretilebilen sentetik polimerlerdir ve bu da onları bu tür uygulamalar için popüler bir malzeme haline getirir. Ancak sert yapıdan kauçuğa geçiş yapan karmaşık 3 boyutlu yapılar halinde şekillendirilebilen elastomerlerin üretilmesi şu ana kadar mümkün değildi. “Elastomerler genellikle bileşimleri kısa uzunluk ölçeklerinde her üç boyutta da değiştirilemeyecek şekilde dökülür. Bu sorunun üstesinden gelmek için DNGE'ler geliştirdik: mekanik özelliklerini eşi benzeri görülmemiş derecede değiştirebilen 3 boyutlu yazdırılabilir çift ağlı granüler elastomerler," diyor EPFL Mühendislik Okulu Yumuşak Malzemeler Laboratuvarı başkanı Esther Amstad. Amstad'ın laboratuvarında doktora öğrencisi olan Eva Baur, esnek 'et' ile çevrelenmiş sert 'kemikler' ile tamamlanmış bir 'parmak' prototipi basmak için DNGE'leri kullandı. Parmağın önceden tanımlanmış bir şekilde deforme olması için basılması, teknolojinin nesneleri manipüle edecek kadar sağlam kalırken bükülmek ve esnemek için yeterince esnek cihazlar üretme potansiyelini ortaya koyuyor. Bu avantajlarla araştırmacılar, DNGE'lerin ağır, hacimli mekanik eklemler içermeyen yumuşak aktüatörler, sensörler ve giyilebilir cihazların tasarımını kolaylaştırabileceğine inanıyor. Araştırma dergide yayımlandı Gelişmiş malzemeler (“Anizotropik mekanik özelliklere sahip Çift Ağ Granül Elastomerlerin 3D Baskısı”).

3D yazdırılabilir çift ağlı granüler elastomer 'parmak'

DNGE örnekleri (3D yazdırılabilir çift ağlı granüler elastomerler). (Resim: Titouan Veuillet)

İki elastomerik ağ; iki kat daha çok yönlü

DNGE'lerin çok yönlülüğünün anahtarı iki elastomerik ağın mühendisliğinde yatmaktadır. İlk olarak elastomer mikropartikülleri su içinde yağ emülsiyon damlalarından üretilir. Bu mikropartiküller, elastomer bileşiklerini emdikleri ve şiştikleri bir öncü çözeltiye yerleştirilir. Şişmiş mikropartiküller daha sonra 3 boyutlu yazdırılabilir bir mürekkep yapmak için kullanılıyor ve bu mürekkep, istenen yapıyı oluşturmak için bir biyoyazıcıya yükleniyor. Öncü madde, 3D baskılı yapı içinde polimerize edilerek tüm nesneyi sertleştiren ikinci bir elastomerik ağ oluşturulur. İlk ağın bileşimi yapının sertliğini belirlerken, ikincisi kırılma dayanıklılığını belirler; bu da iki ağın bağımsız olarak sertlik, dayanıklılık ve yorulma direnci kombinasyonunu elde etmek için ince ayar yapılabileceği anlamına gelir. En son teknoloji yaklaşımlarda kullanılan malzeme olan hidrojeller yerine elastomerlerin kullanılması, su içermeyen yapılar oluşturma ve bunları zaman içinde daha kararlı hale getirme gibi ek bir avantaja sahiptir. Üstüne üstlük, DNGE'ler ticari olarak satılan 3D yazıcılar kullanılarak basılabilir. Amstad, "Yaklaşımımızın güzelliği, standart biyoyazıcıya sahip herkesin bunu kullanabilmesidir" diye vurguluyor. 3D yazdırılabilir çift ağlı granüler elastomer 'parmak'

Laboratuvarın esnek 'et' ile çevrelenmiş sert 'kemiklere' sahip DNGE prototipi 'parmağı'. (Resim: Adrian Alberola) DNGE'lerin heyecan verici bir potansiyel uygulaması, hareket kılavuzlu rehabilitasyon cihazlarındadır; burada hareketi bir yönde desteklerken diğer yönde kısıtlama yeteneği oldukça faydalı olabilir. DNGE teknolojisinin daha da geliştirilmesi, cerrahlara yardımcı olacak protezlerin ve hatta hareket kılavuzlarının ortaya çıkmasına neden olabilir. Örneğin robot destekli mahsul hasadı veya su altı araştırmalarında uzaktan hareketleri algılamak başka bir uygulama alanıdır. Amstad, Yumuşak Malzemeler Laboratuvarı'nın halihazırda duyarlı malzemeler ve elektrik bağlantıları gibi aktif unsurları DNGE yapılarına entegre ederek bu tür uygulamaları geliştirmeye yönelik sonraki adımlar üzerinde çalıştığını söylüyor.