Teknoloji

Rotasyonel 3D Baskı Tekniği ile Yüksek Performanslı Kompozitler

Doğa; hafifliği, sağlamlığı, direnci ve hasar toleransı istenilen mekanik özelliklerle birleştiren mükemmel kompozit malzemeler üretir. (Ahşap, kemik, diş, kabuk…gibi)

Eski uygarlıklar ilk önce tuğlaları oluşturmak için saman ve çamurları bir araya getirirken; ortaya çıkan fazla performans ve karmaşıklığı açıklamak için mühendisliği kullandılar. Ancak doğada bulunan istisnai mekanik özellikleri ve karmaşık mikro-yapıyı yeniden üretmek zordu.
Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacılardan oluşan bir ekip; polimer matrislerine gömülü kısa fiberlerin düzenlenişinde benzeri görülmemiş bir kontrol sağlayan yeni 3D baskı metodunu ortaya koydu. Belirli yerlerde epoksi* kompozit’lerin içindeki fiber yönlerini programlamak için; bu katık üretim tekniğini kullandılar. Böylece; mukavemet, sertlik ve hasar toleransı için optimize edilmiş, yapısal malzemelerin yaratılmasını sağladılar.

* Epoksi, termosetler grubundan yapıştırıcı bir kimyasal reçinedir. Suya, aside ve alkaliye direnci çok iyidir, zamanla direnç özelliğini yitirmez.
Yöntemleri; “Rotasyonel 3 Boyutlu Baskı” olarak anılır ve geniş aralıkta uygulamalar olabilir. Mürekkep tasarımlarının modüler yapısı göz önüne alındığında; basılı nesnelerin elektriksel, optik veya termal özelliklerini ayarlamak için, daha çok dolgu ve matris kombinasyonu uygulanabilir.
Harvard SEAS’teki Biyoloji Esaslı Mühendislik Profesörü Hansjorg Wyss’in araştırmacı kıdemli yazarı Jennifer A. Lewis: “Mühendislik yapıları içerisindeki fiber yönlendirmesini yerel olarak kontrol edebilmek büyük zorluktu. Artık materyalleri hiyerarşik, doğanın oluşum biçimine benzer bir şekilde desenleyebiliriz.”

PNAS Dergisi’nde tanımlanan çalışma, Harvard’daki Lewis laboratuvarında gerçekleştirildi.

Onların yaklaşımının anahtarı; gömülü fiberlerin polimer matrislerinde düzenlenmeyi programlamak için, bir 3D yazıcı ağzının hızını ve rotasyonunu tam olarak ayarlamaktır. Bu, mürekkep çekilirken dönen ağızlığın açısal hızını yönlendirmek için, bir döner yazıcı kafası sistemini kademeli motorla donatarak elde edilir.

Compton: “Rotasyonel 3D baskı; basılı parçanın her yerinde en uygun fiber düzenlemelerini elde etmek için kullanılabilir; daha az malzeme ile daha yüksek mukavemet ve sertlik elde edilir. Elyafları yönlendirmek için manyetik veya elektrikli alanlar kullanmak yerine, viskoz mürekkebin akışını istenen fiber yönüne çevirmek üzere kontrol ediyoruz.”

Teknik; spesifik performans hedeflerine ulaşmak için, mekansal olarak programlanabilen mühendislik materyallerinin 3D baskısına izin verir. Örneğin fiberlerin yönlendirilmesi; yükleme esnasında en yüksek gerilmeye maruz kalacağı, potansiyel arıza noktalarının sertleşeceği yerlerde hasar toleransını arttırmak için, yerel olarak optimize edilebilir.

Raney: “Bu çalışma ile ilgili heyecan verici şeylerden biri, kompleks mikro-yapılar üretmek için yeni bir mikro-yapıyı bölgeden bölgeye kontrollü olarak değiştirebilmesidir. Yapıyı daha fazla kontrol etmek, ortaya çıkan özellikleri daha fazla kontrol anlamına gelir ve bu da özellikleri daha da optimize etmek için kullanılabilecek tasarım alanını büyük ölçüde genişletir.”  

Araştırmaya katılmayan MIT Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Lorna J. Gibson: “Biyolojik kompozit materyaller; çoğu zaman olağanüstü mekanik özelliklere sahipler: birim ağırlık başına yüksek sağlamlık ve mukavemet gibi…  Biyolojik kompozitlerden esinlenilen mühendislik materyalleri tasarlamanın göze çarpan zorluklarından biri, fiber yönlendirmenin küçük ölçeklerde ve yerel düzeyde kontrol edilebilmesidir. Lewis ekibinin bu çarpıcı çalışması, bunu yapmanın bir yolunu gösteriyor: Biyo-ilham kompozitler tasarımında, büyük bir sıçramayı temsil ediyor.”

 

 

 

Kaynak:
techxplore
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (2 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close