การพิมพ์ 3 มิติโดยใช้…น้ำ ทำให้โลหะแข็งแรงขึ้น 20 เท่า

นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสได้พัฒนาเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่ที่ใช้เจลที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบในการ "สร้าง" วัสดุโลหะและเซรามิก ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความทนทานมากกว่าวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมถึง 20 เท่า

นักวิทยาศาสตร์ ชาวสวิสกำลัง "สร้าง" โลหะจากเจลน้ำ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ผงพลาสติกหรือโลหะ ซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่อาจปฏิวัติอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด - ภาพ: EPEL

นักวิทยาศาสตร์จากวิทยาลัยโพลีเทคนิคแห่งสหพันธรัฐโลซาน (EPFL ประเทศสวิตเซอร์แลนด์) เพิ่งประกาศความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ: แทนที่จะพิมพ์โลหะด้วยวิธีแบบดั้งเดิม พวกเขาได้พัฒนากระบวนการ "ปลูก" วัสดุจากไฮโดรเจล ซึ่งเป็นเจลที่ใช้สารละลายน้ำเป็นส่วนประกอบ เพื่อสร้างโครงสร้างโลหะและเซรามิกที่มีความหนาแน่นและความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่าเทคนิคเดิมถึง 20 เท่า

จากข้อมูลของทีมวิจัย วิธีการพอลิเมอไรเซชันด้วยแสงแบบ 3 มิติในปัจจุบันใช้ได้เฉพาะกับพลาสติกไวแสงเท่านั้น ซึ่งจำกัดการใช้งาน ความพยายามก่อนหน้านี้ในการเปลี่ยนพลาสติกที่พิมพ์แบบ 3 มิติให้เป็นโลหะหรือเซรามิกประสบปัญหาเรื่องรูพรุนและการหดตัว ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์เสียรูปทรงและมีความทนทานน้อยลง

ทีมของดาริล ยี หัวหน้าห้องปฏิบัติการเคมีวัสดุและการผลิต (EPFL) ได้ค้นพบวิธีการใหม่: แทนที่จะผสมสารประกอบโลหะลงในพลาสติกก่อน พวกเขาใช้วิธีการพิมพ์โครงสร้างไฮโดรเจลแบบ 3 มิติ จากนั้นจึงนำโครงสร้างนี้ไปแช่ในสารละลายเกลือโลหะซ้ำๆ ในระหว่างกระบวนการนี้ ไอออนของโลหะจะเปลี่ยนเป็นอนุภาคนาโนที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งโครงสร้างเจล

หลังจากผ่านกระบวนการ 5-10 รอบ เมทริกซ์ไฮโดรเจลจะถูกกำจัดออกด้วยความร้อน เหลือไว้เพียงวัตถุโลหะหรือเซรามิกที่เป็นของแข็งซึ่งคงรูปทรงเดิมของชิ้นงานพิมพ์ เนื่องจากมีการเติมเกลือโลหะหลังจากพิมพ์เสร็จแล้วเท่านั้น เมทริกซ์ไฮโดรเจลเดียวกันจึงสามารถนำไปใช้สร้างวัสดุได้หลากหลายชนิด ตั้งแต่เหล็ก เงิน และทองแดง ไปจนถึงเซรามิกหรือวัสดุผสม

"งานวิจัยของเราไม่เพียงแต่ช่วยให้สามารถผลิต โลหะและเซรามิกคุณภาพสูงโดยใช้ กระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำเท่านั้น แต่ยังเปิดมุมมองใหม่ในการเลือกใช้วัสดุอีกด้วย นั่นคือ การเลือกวัสดุหลังจากพิมพ์ 3 มิติเสร็จแล้ว ไม่ใช่ก่อนพิมพ์" ยีกล่าว

ในการศึกษาครั้งนี้ ทีมวิจัยได้สร้างโครงสร้างทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนเรียกว่า ไจโรอยด์ โดยใช้เหล็ก เงิน และทองแดงในการทดสอบ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า ตัวอย่างที่ได้สามารถทนต่อแรงกดได้มากกว่าวัสดุที่ผลิตด้วยเทคนิคแบบเก่าถึง 20 เท่า ในขณะที่หดตัวเพียงประมาณ 20% เท่านั้น (เมื่อเทียบกับ 60-90% ในวิธีเดิม)

งานวิจัยนี้มีศักยภาพสูงในการสร้างโครงสร้าง 3 มิติขั้นสูงที่มีทั้งน้ำหนักเบาและทนทาน ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ หรือระบบแปลงและจัดเก็บพลังงาน โลหะที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นด้วยวิธีนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในเทคโนโลยีพลังงานได้อีกด้วย

ทีมงาน EPFL ระบุว่าพวกเขากำลังดำเนินการปรับปรุงกระบวนการให้เหมาะสมกับการผลิตในระดับอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุและลดระยะเวลาในการประมวลผล นายยีเปิดเผยว่า "เรากำลังพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อทำให้กระบวนการทั้งหมดเป็นไปโดยอัตโนมัติ ซึ่งจะช่วยลดเวลาการผลิตโดยรวมลงอย่างมาก"

กลับสู่หัวข้อเดิม

วีเอ็นเอ

ที่มา: https://tuoitre.vn/in-3d-bang-nuoc-giup-kim-loai-ben-gap-20-lan-20251019154932113.htm