Для 3D-печати уже используется множество материалов с различными свойствами. Самыми популярными стали термопластики и УФ-отверждаемые смолы, но поиск и изобретение новых продолжается. Ученые-материаловеды из Гарвардской школы инженерного дела и прикладных наук в сотрудничестве со специалистами Института бионики Висса создали термоактивный материал на основе эпоксидной смолы, который может быть использован для печати структурных элементов легких архитектурных конструкций.
В составе 3D-«чернил» — эпоксидная смола, микропластинки глины (для повышения вязкости), компаунд диметилметилфосфат, карбид кремния и углеродные волокна. Сочетание этих ингредиентов позволило получить универсальный и прочный печатный материал с возможностью регулировать в широких пределах его прочность и ударную вязкость. Показатели устойчивости к различного рода нагрузкам у нового материала на 200% выше, чем у широко используемых в настоящее время в индустрии 3D-печати полимерных композитов. Статья «3D-Printing of Lightweight Cellular Composites», в которой ученые сообщают о своем изобретении, опубликована в издании Advanced Materials, авторами статьи стали Бретт Комптон и Дженнифер Льюис.
Лорна Гибсон, профессор материаловедения и машиностроения в Массачусетском технологическом институте объясняет значение исследования:
«Впервые посредством 3D-печати создана сотовая структура с армированными волокнами клеточными стенками. Особое значение имеет то, что волокна могут быть выровнены, посредством контроля над соотношением размеров волокон и диаметра сопла принтера. Это знаменует собой важный шаг вперед в проектировании инженерных материалов, которые имитируют дерево».
Почему важна возможность имитировать древесину таким образом? Не проще ли выращивать больше деревьев?
Новый материал предполагается использовать в производстве ветряных турбин. Лопасти этих высокотехнологичных сооружений представляют собой многослойную конструкцию, одним из компонентов которой служит бальзовое дерево. Бальза (бальса) — быстрорастущее дерево, легко возобновляемый ресурс, но его использование накладывает на разработчиков и изготовителей множество ограничений. Это и сложность получения материала необходимой длины, и невозможность достичь точно заданных физических свойств.
Бретт Комптон считает, что изобретение имеет широчайшие перспективы применения:
«Мы получаем дополнительную возможность контроля над наполнителем. Понимая, как лучше интегрировать наполнитель в компонент конструкции, мы можем и дальше улучшать дизайн компонентов и повышать эффективность материалов. В дальнейшем мы сможем использовать такую технологию 3D-печати, когда изменение ориентации волокна наполнителя и состава связующего вещества будет происходить «на лету»».
Кроме ветряных турбин, материал может использоваться в автомобильной промышленности, что сделает возможным переход на новый уровень энергоэффективности транспортных средств.