Doğa, bünyesinde bulunan malzemeler ile şaşırtıcı tasarımlar oluşturur. Örneğin çim, kendi ağırlığını taşıyabilir, güçlü rüzgar yüklerine direnebilir. Bitkinin sağlamlığı, içi boş borusal makroyapı ve gözenekli mikroyapı kombinasyonundan oluşur. Bu mimari özellikler, otların, sağlam mekanik özelliklerini korumak için birlikte çalışır.
Harvard Üniversitesi John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS), Biyolojik Mühim Mühendislik Enstitüsü (WYSs) ve MIT, doğal hücresel yapılardan esinlenerek, bağımsız olarak ayarlanabilir, makro yapıya sahip, seramik bir köpük mürekkep kullanarak, 3D baskı malzemeleri için yeni bir yöntem geliştirdi.
Bu araştırma Doğal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda yayınlanmıştır.
SEAS’teki Biyoloji Mühendisliği Hansjorg Wyss Profesörü Jennifer Lewis, “Basılabilir materyallerin kompozisyon alanını genişleterek, istisnai sertlik ile hafif yapılar üretebiliriz” dedi.
Lewis Laboratuvarı tarafından kullanılan seramik köpük mürekkebi, alümina parçacıkları, su ve hava içerir.
Lewis Laboratuvarında lisansüstü öğrenci olan Joseph Muth, “Köpük mürekkepleri ilginçtir, çünkü hücresel mikroyapıları daha büyük, hücresel makro yapılar içinde dijital olarak desenlendirebilir. Mürekkep katılaştıktan sonra, ortaya çıkan yapı birden fazla uzunlukta, seramik malzeme ile çevrelenmiş hava içeriyor, gözenekleri yapıya dahil ederken aksi halde sahip olmayacak özellikler kazandırıyorsunuz.” dedi.
Araştırmacılar, köpüğün mikro yapısını kontrol ederek, mürekkebin özelliklerini ve mikroskopta nasıl deforme olacaklarını ayarladılar. Optimize edildikten sonra ekip, ayarlanabilir geometri, yoğunluk ve sertlik ile hafif altıgen ve üçgen petek levhalar yazdırdı.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde Matoula S. Salapatas Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü Lorna Gibson “Köpük işleme ve baskı ile global mimari ve mikroyapı kontrolünü elde ediyoruz, çünkü zaten belirli bir mikroyapı içeren bir şeyi bastırıyoruz, her bir parçayı desenlemek zorunda değiliz. Bu, belirli bir hiyerarşiye sahip yapıları yapmamıza olanak tanır. Daha önce yapabileceğimizden daha kontrol edilebilir bir yol. ”
*6 köşeli peteklerin seramik köpük mürekkebi ile doğrudan köpük yazımı. Mürekkep katılaştıktan sonra ortaya çıkan yapı, birden fazla uzunlukta seramik ile çevrelenmiş havadan oluşur. Yapının hem mikro hem de makro ölçeklerdeki gözenekliliği yapının özelliklerini etkiler. Lori Sanders / Harvard University
Muth.”Artık mekanik, termal ve taşıma özellikleri de dahil olmak üzere birçok farklı malzeme özelliklerinin tek bir aşamada basılmış bir yapı içinde optimize edilebildiği, çok işlevli malzemeler yapabiliriz” dedi.
Ekip, bu araştırma için bir tek seramik malzemeye odaklanmışken, basılabilir köpük mürekkepleri diğer seramik, metaller ve polimerler de dahil olmak üzere birçok malzemeden de yapabilir.
Lewis, “Bu çalışma, mimari gözenekli malzemelerin ölçeklenebilir imalatına yönelik önemli bir adımdır” dedi.
