گروهی از دانشمندان دانشگاه صنعتی نانیانگ در سنگاپور و موسسه فناوری Caltech در کالیفرنیا پارچه هایی با استفاده از تکنولوژی پرینتر سه بعدی توسعه داده اند که می توانند ۵۰ برابر وزن خود را تحمل کنند. این ساختار ها با الهام از زره های زنجیره ای ساخته شده اند که می تواند در صورت نیاز سفت شود و بنابراین استحکام آن تا ۲۵ برابر افزایش می یابد. محققان در ابتدا این ساختار را از نایلون طراحی کردند و سپس همان آزمایش را با استفاده از آلومینیوم انجام دادند. نتایج امیدوار کننده است و نشان می دهد که می توان از این نوع ساختار ها برای تقویت اسکلت های بیرونی به عنوان مثال در جلیقه های ضد گلوله یا هر کاربردی که خطر ضربه های شدید وجود دارد استفاده کرد.

ساخت پارچه با قابلیت تحمل ۵۰ برابر وزن خود با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی

زره زنجیری نوعی زره متشکل از پیوندهای متعدد به هم پیوسته است که هزاران سال است وجود دارد و ضمن ارائه سطحی از انعطاف پذیری، از پوشنده نیز محافظت می کند. این ایده ای است که این تیم از محققان می خواستند آن را بازسازی کنند. هدف اصلی طراحی یک ساختار سبک با قابلیت تغییر شکل و خواص تحت اثر یک عامل تعیین کننده بود. بنابراین آنها یک ساختار پرینت سه بعدی شده متشکل از چندین قسمت مشبک را توسعه دادند که وقتی در کیسه پلاستیکی تحت خلأ قرار می گیرند سفت شده و سختی بالایی را ارائه می دهد. Chiara Daraio مهندس مکانیک و فیزیک کاربردی در Caltech در اینباره گفت: “ما می خواستیم موادی بسازیم که سختی آن بتواند تغییر کند. ما می خواهیم پارچه ای توسعه دهیم که از حالت نرم و قابل انعطاف به حالت سفت با قابیلت تحمل بار به صورت کنترل شده تبدیل شود. “

فرایند پرینت سه بعدی و کاربردهای این پارچه

این تیم توضیح داده اند که برای پرینت سه بعدی این پارچه های ساختار یافته از ماده پرینت سه بعدی نایلون استفاده کرده اند. این پارچه ها از چندین هشت ضلعی تشکیل شده اند که در یکدیگر قفل می شوند و در نتیجه این حفره ها و این انعطاف پذیری را ایجاد می کنند. با قرار دادن این ساختار پرینت سه بعدی شده در پلاستیک خلاء، خاصیت انعطاف پذیری به سختی و سفتی تبدیل می شود. محققان به منظور آزمایش خواص جدید این پارچه، یک توپ فولادی ۳۰ گرمی را با سرعت سه متر بر ثانیه روی سازه انداختند که در نتیجه آن یک تغییر شکل ۳ میلی متری مشاهده شد که در مقایسه با تغییر ۲۶ میلی متری در حالت بافت انعطاف پذیر بسیار جزئی بود. این تیم ادعا می کند که این سازه می تواند بار کلی ۱٫۵ کیلوگرم را تحمل کند که ۵۰ برابر وزن خود سازه است.

ساخت چنین پارچه پرینت سه بعدی شده ای می تواند نیازهای مختلفی را به ویژه در زمان نیاز به تقویت یک ساختار برآورده کند. Wang Yifan، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه صنعتی نانیانگ توضیح داد: “یک پارچه مهندسی سبک و قابل تنظیم که به راحتی از حالت نرم به سفت قابل تغییر است، ما می توانیم از آن برای برآوردن نیازهای بیماران و جمعیت مسن استفاده کنیم، به عنوان مثال برای ساخت ربات های پوشیدنی که به آنها کمک می کند تا بتوانند بایستند، بارها را حمل کنند و یا در انجام کارهای روزمره به آنها کمک می کند. “

پارچه های پرینت سه بعدی شده: از نایلون تا آلومینیوم

محققان فرضیه خود را گسترش داده و آزمایش مشابهی را با هدف طراحی یک ساختار مقاوم تر با آلومینیوم انجام دادند. این تیم می گویند نتایج به دست آمده بسیار دلگرم کننده است، واکنش ساختار آلومینیومی مشابه ساختار چاپ سه بعدی شده با نایلون است. Wang Yifan در پایان گفت: “برای افزایش بیشتر سفتی و استحکام این مواد، ما در حال کار روی پارچه های ساخته شده از فلزات مختلف از جمله آلومینیوم هستیم که می تواند برای کاربردهای صنعتی در مقیاس بزرگ که نیاز به ظرفیت بار بیشتری دارند مانند پل ها یا ساختمان ها مورد استفاده قرار گیرد”.

منبع: https://www.3dnatives.com

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.