Kokoelmat

Insinöörit kehittävät pietsosähköisen materiaalin 3D-tulostusmenetelmän

Insinöörit kehittävät pietsosähköisen materiaalin 3D-tulostusmenetelmän

Pietsosähköiset materiaalit ovat pieniä tekniikan ihmeitä, joita löytyy kaikesta puhelimestamme musiikkikortteihin, koska ne kykenevät tuottamaan sähkövarauksen vasteena sovellettuun mekaaniseen rasitukseen. Heillä on kuitenkin rajoituksensa.

Erittäin hyödyllisiä ja suosittuja materiaaleja on vain muutama määritelty muoto. Lisäksi ne koostuvat hauraista kiteistä ja keraamisista aineista, joiden valmistukseen tarvitaan puhdas huone.

Virginia Techin uuden tekniikan ansiosta materiaali voidaan tulostaa 3D-muodossa tavalla, joka ei rajoita niitä muodon tai koon mukaan.

Suunniteltu vapaasti

"Pietsosähköiset materiaalit muuntavat rasituksen ja stressin sähkövarauksiksi", selitti Xiaoyu 'Rayne' Zheng, teknillisen korkeakoulun konetekniikan apulaisprofessori ja Macromolecules Innovation Institute -instituutin jäsen.

"Olemme kehittäneet suunnittelumenetelmän ja tulostusalustan pietsosähköisten materiaalien herkkyyden ja toimintatilojen vapaaseen suunnitteluun."

"Ohjelmoimalla aktiivinen 3D-topologia voit saavuttaa melkein minkä tahansa yhdistelmän pietsosähköisiä kertoimia materiaalissa ja käyttää niitä antureina ja antureina, jotka eivät ole vain joustavia ja vahvoja, vaan reagoivat myös paineeseen, tärinään ja iskuihin sähköisten signaalien kautta kerro iskujen sijainti, suuruus ja suunta näiden materiaalien missä tahansa paikassa. "

Zhengin tiimi suunnitteli joukon 3D-tulostettavia topologioita, joiden avulla materiaali voi tuottaa sähkövarauksen vastauksena mihin tahansa suuntaan tuleviin voimiin ja tärinään. Toisin kuin aikaisemmat pietsosähköiset laitteet, joissa sähkövaraus määritettiin sisäisillä kiteillä, uusi menetelmä antaa käyttäjille mahdollisuuden määrätä suurennettaviksi, käännettäviksi tai vaimennettaviksi määritettyjä jännitevasteita mihin tahansa suuntaan.

Zhengin tiimi saavutti tämän tuottamalla korvaavia aineita sisäisille kiteille, jotka jäljittelevät niitä samalla, kun hilan suuntaa voidaan muuttaa.

"Olemme syntetisoineet luokan erittäin herkkiä pietsosähköisiä musteita, jotka voidaan muotoilla monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi ominaisuuksiksi ultraviolettivalolla. Musteet sisältävät erittäin väkevöityjä pietsosähköisiä nanokiteitä, jotka on sidottu UV-herkkiin geeleihin, jotka muodostavat liuoksen - maitomainen seos, kuten sulaneen kiteen - että tulostamme korkean resoluution digitaalisella kevyellä 3D-tulostimella ", Zheng sanoi.

"Voimme räätälöidä arkkitehtuurin tekemään niistä joustavampia ja käyttää niitä esimerkiksi energiankorjuulaitteina, käärimällä ne minkä tahansa mielivaltaisen kaarevuuden ympärille", Zheng sanoi. "Voimme tehdä niistä paksuja, kevyitä, jäykkiä tai energiaa absorboivia."

Herkkyys 5 kertaa suurempi

Tuloksena olevilla materiaaleilla on myös viisinkertainen herkkyys kuin joustavilla pietsosähköisillä polymeereillä, mikä sallii niiden valmistamisen mittakaavassa, joka vaihtelee ohuesta sideharsolevystä tukevaan kappaleeseen.

"Meillä on tiimi, joka tekee niistä puettavia laitteita, kuten renkaita, pohjallisia, ja sovittaa ne nyrkkeilyhansikkaaseen, jossa voimme tallentaa iskuvoimat ja seurata käyttäjän terveyttä", Zheng sanoi.

"Kyky saavuttaa halutut mekaaniset, sähköiset ja lämpöominaisuudet vähentävät merkittävästi aikaa ja vaivaa, joka tarvitaan käytännön materiaalien kehittämiseen", sanoi Shashank Priya, apulaisjohtaja Pennin osavaltiossa ja entinen konetekniikan professori Virginia Techissä.


Katso video: 3D Printed Motorcycle by Jonathan Brand - Ultimaker: 3D Printing Story (Tammikuu 2022).