Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výzkumníci z Oak Ridge National Laboratory navrhli nový kompozit na bázi křemičitého písku, který se hodí pro aditivní výrobu 3D tiskem, konkrétně technikou nastřikování pojiva (binder jett printing).
Kompozit umožňuje vytvářet struktury se složitou geometrií a vysokou pevností a je rozpustný ve vodě. Studie publikovaná v časopise Nature Communications demonstruje 3D tištěný pískový most, který při délce 6,5 cm udrží 300násobek své vlastní hmotnosti – asi jako kdyby 12 budov Empire State Buildings stálo na Brooklynském mostě, uvádí průvodní tisková zpráva.
Nastřikování pojiva má představovat rychlejší levnější a snadněji škálovatelný postup než jiné metody 3D tisku. Tisková hlava v tomto případě vystřikuje tekutý polymer, který váže práškový materiál, například písek, a vytváří 3D konstrukci vrstvu po vrstvě. Polymer přitom dodává písku pevnost. Nová studie uvádí, že optimální výsledky v kombinaci s pískem dal polyethylenimin (PEI).
Předmět vytištěný tímto postupem byl původně porézní. Podařilo se ho dále zpevnit tím, že se do struktury nechal proniknout (PH: fungovalo samo, bylo třeba nějak vtírat?) kyanoakrylát, který dále zvýšil pevnost materiálu až 8krát. Kompozit z polymeru a písku je tak v poměru ke své hmotnosti/hustotě pevnější než jiné dosud známé stavební materiály. Kombinace původního polymeru a „dodatečného lepidla“ fungují každá jinak (zde polyethylenimin a kyanoakrylát snad i přímo chemicky spolu reagují), takže je zde určitě prostor pro další ladění.
Navíc zpracovaný písek nemusí sloužit jen jako finální materiál, ale i jako šablona pro další výroby. Mohou se kolem něj např. obalit uhlíková nebo skleněná vlákna a vše pak lze vytvrdit při vyšší teplotě. Výhodou je, že křemičitý písek při zahřívání přitom prakticky nemění svůj objem. V případě nového materiálu by zde předností měla být i jeho rozpustnost, protože písek pak lze z výsledné struktury prostě vymýt vodou a zůstane přesně tvarovaný dutý „obal“ z vláken. Dosud celá tato technika v průmyslovém měřítku narážela na to, že až díly z písku neměly dostatečnou pevnost, lámaly se nebo rozpadaly při zahřívání. Omezená byla také geometrie pískových dílů v roli šablony.
Pro jiné aplikace (např. finální výrobky ve stavebnictví) půjde nejspíš techniku modifikovat tak, aby se kompozit z křemičitého písku naopak ve vodě nerozpouštěl.
Nový materiál byl již licencován společností ExOne, která byla průmyslovým partnerem Oak Ridge National Laboratory.
Dustin B. Gilmer et al, Additive manufacturing of strong silica sand structures enabled by polyethyleneimine binder, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25463-0
Zdroj: Oak Ridge National Laboratory / Phys.org
Ta ironia ze prave mosty sa z toho stavat nebudu 😉
nojo, udelate neco maximalne pevneho, abyste to pak rozpustili… 🙂 (ale treba bude i jina aplikace)