Витримує у 20 разів більший тиск. Нова техніка 3D-друку створює надміцні матеріали

Дослідники з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) представили нову технологію 3D-друку, яка дозволяє створювати дуже щільні та міцні конструкції для енергетики, медицини та сенсорних пристроїв. За словами науковців, матеріали, надруковані за цим методом, можуть витримувати у 20 разів більше навантаження, ніж попередні аналоги.

Замість того, щоб одразу друкувати з металом чи керамікою, дослідники спочатку створюють тривимірний «каркас» із гідрогелю — це гелеподібна речовина на основі води.

Після цього цей каркас просочують розчинами з металевими солями. Хімічна реакція перетворює солі на наночастинки металу, які рівномірно розподіляються всередині гелю. Цю процедуру можна повторювати кілька разів, щоб зробити матеріал ще міцнішим.

Керівник лабораторії хімії матеріалів і виробництва Даріл Ї пояснив:

«Наша робота не лише дає змогу виготовляти якісні метали та кераміку за допомогою доступного й недорогого 3D-друку. Вона також демонструє новий підхід, коли вибір матеріалу відбувається після друку, а не до нього».

Перший автор дослідження Їмін Цзі зазначив, що створені ними матеріали витримують у 20 разів більше тиску, ніж попередні. Крім того, вони дають лише 20% усадки після обробки, тоді як у старих методів цей показник сягав 60−90%.

Для перевірки міцності вчені виготовили складні решітчасті структури — так звані гіроїди — з заліза, срібла та міді. Потім вони тестували їх за допомогою універсальної машини, яка поступово збільшує тиск на матеріал.

Ця технологія може бути корисною для створення деталей, які одночасно мають бути легкими, складними за формою та надміцними — наприклад, у медичних пристроях, сенсорах або системах для зберігання та перетворення енергії.

Окрім цього, метали з великою площею поверхні можуть бути використані як каталізатори — тобто прискорювати хімічні реакції, наприклад, для виробництва електроенергії чи охолодження в енергетичних системах.

Дослідження показує, що цей метод дозволяє виготовляти щільні металеві та керамічні конструкції з мінімальною деформацією.

Науковці зазначили:

«Щоб продемонструвати універсальність підходу, ми виготовили різноманітні 3D-структури з усадкою лише близько 20% і щільністю понад 80%».

Технологія може стати новим стандартом для створення складних та надміцних архітектурних матеріалів майбутнього.