การพิมพ์ 3 มิติด้วย…น้ำทำให้โลหะทนทานขึ้น 20 เท่า

นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสได้พัฒนาเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่ที่ใช้เจลน้ำในการ "ปลูก" วัสดุโลหะและเซรามิก ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความทนทานมากขึ้นถึง 20 เท่าเมื่อเทียบกับวิธีการเดิม

ไม่จำเป็นต้องใช้พลาสติกหรือผงโลหะ นักวิทยาศาสตร์ ชาวสวิส "ปลูก" โลหะจากเจลน้ำ - ก้าวสำคัญที่อาจเปลี่ยนอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด - ภาพ: EPEL

นักวิทยาศาสตร์จากโรงเรียนโพลีเทคนิคแห่งสหพันธรัฐโลซานน์ (EPFL สวิตเซอร์แลนด์) เพิ่งประกาศถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ แทนที่จะพิมพ์โลหะในรูปแบบดั้งเดิม พวกเขาพัฒนาวิธีการ "เพาะ" วัสดุจากไฮโดรเจล ซึ่งเป็นเจลน้ำธรรมดา เพื่อสร้างโครงสร้างโลหะและเซรามิกที่มีความหนาแน่นสูงและมีความแข็งแรงเชิงกลสูงกว่าเทคนิคก่อนหน้าถึง 20 เท่า

ทีมวิจัยระบุว่า ปัจจุบันวิธีการโฟโตพอลิเมอไรเซชันทำงานได้เฉพาะกับเรซินไวแสงเท่านั้น ซึ่งจำกัดการประยุกต์ใช้งาน ความพยายามก่อนหน้านี้ในการเปลี่ยนเรซินที่พิมพ์ 3 มิติให้เป็นโลหะหรือเซรามิกส์ประสบปัญหาเรื่องรูพรุนและการหดตัว ซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์เสียรูปทรงและมีความทนทานน้อยลง

ทีมวิจัยที่นำโดยแดริล ยี หัวหน้าห้องปฏิบัติการเคมีวัสดุและการผลิต (EPFL) ได้ค้นพบวิธีการใหม่ นั่นคือ แทนที่จะผสมสารประกอบโลหะลงในพลาสติกล่วงหน้า พวกเขาใช้ไฮโดรเจลพิมพ์แม่แบบ 3 มิติ แล้วนำไปแช่ในสารละลายเกลือโลหะซ้ำๆ กัน ในระหว่างกระบวนการนี้ ไอออนของโลหะจะถูกแปลงเป็นอนุภาคนาโนที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งเจล

หลังจากผ่านไป 5-10 รอบแล้ว โครงไฮโดรเจลจะถูกนำออกโดยความร้อน เหลือไว้เพียงวัตถุโลหะหรือเซรามิกแข็งที่ยังคงรูปทรงของงานพิมพ์ดั้งเดิมไว้ เนื่องจากเกลือโลหะจะถูกเติมลงไปหลังจากการพิมพ์เท่านั้น จึงสามารถนำโครงไฮโดรเจลเดียวกันนี้ไปสร้างวัสดุได้หลากหลาย ตั้งแต่เหล็ก เงิน ทองแดง ไปจนถึงเซรามิกหรือวัสดุผสม

“งานของเราไม่เพียงแต่ช่วยให้สามารถผลิต โลหะและเซรามิกคุณภาพสูงโดยใช้ กระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำเท่านั้น แต่ยังเปิดแนวทางการคิดใหม่ๆ อีกด้วย นั่นคือการคัดเลือกวัสดุหลังจากการพิมพ์ 3 มิติ ไม่ใช่ก่อนการพิมพ์” มร. หยี กล่าว

ในการศึกษานี้ ทีมวิจัยได้สร้างโครงสร้างทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนที่เรียกว่าไจรอยด์ (gyroids) จากเหล็ก เงิน และทองแดงเพื่อใช้ในการทดสอบ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าชิ้นงานสามารถทนต่อแรงอัดได้มากกว่าวัสดุที่สร้างด้วยเทคนิคเดิมถึง 20 เท่า ในขณะที่หดตัวเพียงประมาณ 20% (เทียบกับ 60-90% ก่อนหน้านี้)

งานวิจัยนี้คาดว่าจะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างยอดเยี่ยมในการผลิตโครงสร้าง 3 มิติขั้นสูงที่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรง ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตเซ็นเซอร์ อุปกรณ์ชีวการแพทย์ หรือระบบแปลงและกักเก็บพลังงาน โลหะที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นด้วยวิธีนี้ยังสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือตัวระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพในเทคโนโลยีพลังงานได้อีกด้วย

ทีมงาน EPFL กล่าวว่ากำลังพัฒนากระบวนการอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เหมาะสมกับการผลิตเชิงอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุและลดระยะเวลาในการประมวลผล “เรากำลังพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อทำให้กระบวนการทั้งหมดเป็นระบบอัตโนมัติ ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการผลิตโดยรวมลงได้อย่างมาก” Yee เปิดเผย

กลับสู่หัวข้อ

วีเอ็นเอ

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