Новый наноразмерный материал для 3D-печати, разработанный инженерами Стэнфордского университета, может обеспечить превосходную структурную защиту спутников, беспилотников и изделий микроэлектроники.

Усовершенствованная легкая защитная решетка, способная поглощать в два раза больше энергии, чем предыдущие материалы аналогичной плотности, была разработана инженерами для наноразмерной 3D-печати. 

3D printer machine stock image. Phuchit/iStock

Согласно результатам исследования, проведенного под руководством Стэнфордского университета, наноразмерный материал для 3D-печати, позволяет создавать структуры размером в долю толщины человеческого волоса. Такая концепция позволит выполнять печать из доступных для использования материалов, особенно если речь идет о печати в крайне малых масштабах.

"В настоящее время очень большой интерес представляет разработка различных типов 3D-структур для обеспечения высоких механических характеристик", - рассказывает Венди Гу, доцент кафедры машиностроения и автор-корреспондент статьи.  "В дополнение к этому мы разработали материал, который действительно способен выдерживать большие нагрузки. Так что защита зависит не только от 3D-структуры, но и от используемого материала".

Крошечный, но очень прочный логотип Стэнфорда, созданный с помощью технологии скоростной наноразмерной 3D-печати. John Kulikowski/Stanford University 

Печать со скоростью 100 миллиметров в секунду

Для создания уникального материала для 3D-печати учёные добавили в состав печатной среды металлические нанокластеры (крошечные группы атомов). Двухфотонная литография, которую исследователи использовали в своей технологии, упрочняет материал в результате химической реакции, активируемой излучением лазера. Исследователи обнаружили, что созданные нанокластеры особенно эффективно запускают эту реакцию. В результате этой реакции образовалось вещество, представляющее собой смесь металла и полимерной среды для печати.

"Нанокластеры обладают очень хорошими свойствами для поглощения лазерного света и последующего преобразования его в химическую реакцию", - объясняет Гу. "Причем они способны делать это с несколькими классами полимеров. Так что они даже более универсальны, чем я ожидал".

Ученые смешивали протеины, акрилаты и эпоксидные смолы - то есть наиболее популярные виды полимеров, используемых в 3D-печати, - с металлическими нанокластерами. Благодаря нанокластерам процесс печати значительно ускорился.  Например, Гу и ее коллеги с помощью смеси нанокластеров и белков добились скорости печати в 100 миллиметров в секунду. Это примерно в 100 раз быстрее, чем это было возможно ранее при печати только нано-белками.

"Конечно, структура решетки важна, но мы показали, что оптимизация материала, из которого она изготовлена, позволяет значительно повысить эффективность технологии", - говорит Гу. "Вам не нужно беспокоиться о том, какова именно 3D-структура, если у вас есть правильные материалы для печати". 

Имитация реальной среды с помощью 3D-печаи

В некотором смысле ученые имитируют то, что уже создано природой. Например, сочетание твердой основы, наноразмерной пористости и небольшого количества эластичного вещества придает прочность костной ткани.

"Поскольку нанокластеры способны полимеризовать различные классы химических веществ, мы можем использовать их для печати нескольких материалов в одной структуре", - говорит Гу. "Это именно то, чего мы хотели достичь".

Результаты данного эксперимента были зарегистрированы в издании Science 17 октября.

Источники:  Stanford University, Journal Interesting Engineering

1. (https://news.stanford.edu/press/view/45849)
2. (https://interestingengineering.com/innovation/nanoscale-3d-printing-material-stanford-engineers)