In 3D vật liệu tổng hợp polyme nhiệt rắn được gia cố bằng sợi carbon ngắn
Ảnh: Đại học Bang Colorado
Đoạn video dài 27 giây phát theo vòng lặp và thật mê hoặc khi xem: Vật liệu sợi carbon đổ ra từ máy in 3D và từ từ xoáy và xếp chồng lên nhau như kem phục vụ mềm.
Ngoại trừ việc không có que kem hay cốc để đựng vật liệu này, được gọi là composite sợi carbon — một vật liệu nhẹ, bền đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ trên mọi thứ, từ tấm máy bay, tuabin gió đến vợt tennis.
Trong video, vật liệu này tự đông cứng lại khi nó trải ra trên một bề mặt được nung nóng, không có khuôn hoặc cấu trúc nào để giữ nó tại chỗ.
Tác phẩm dạng tự do này thể hiện công việc của Mostafa Yourdkhani, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Walter Scott, Jr., người đang làm việc để giảm chi phí, thời gian và năng lượng cần thiết để sản xuất các cấu trúc phức tạp này, theo ông bài báo mới nhất được xuất bản trên trang bìa của ACS Applied Materials & Interfaces.
Yourdkhani cho biết: “Chúng tôi đang làm cho nó nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Các sinh viên tiến sĩ kỹ thuật cơ khí Morteza Ziaee và James W. Johnson cũng là tác giả của bài báo. "Hãy tưởng tượng bạn muốn nướng một chiếc bánh và bạn đặt bột lên một chiếc ghế dài và nó chỉ trở thành một chiếc bánh có kích hoạt. Đối với bánh ngọt, bạn cần khuôn; ở đây chúng tôi tạo ra các cấu trúc không cần khuôn. Đây là những mẫu phức tạp, nhẹ và tiết kiệm nhiên liệu . "
Ông và nhóm của mình là một trong những người đầu tiên trên thế giới hoàn thành loại hình in ghép này.
Chỉ riêng video đã thu hút được sức hút trên tài khoản LinkedIn của anh ấy với khoảng 1.000 lượt thích từ các đồng nghiệp trên khắp thế giới. "Một video từ công trình gần đây của chúng tôi về in tại chỗ và xử lý vật liệu tổng hợp nhiệt rắn không liên tục được gia cố bằng sợi", bài đăng của anh ấy viết. "Hai chiến lược in (in tự do và in từng lớp) không có bước xử lý sau. Hãy xem bài báo của chúng tôi do Morteza Ziaee dẫn dắt về công việc thú vị này."
"Tôi khá đam mê công nghệ này", Yourdkhani sau đó nói. "đã làm việc trong lĩnh vực composite nhiều năm, công nghệ này giải quyết tất cả các vấn đề chúng tôi gặp phải với sản xuất composite."
Yourdkhani trình chiếu video để minh họa rằng anh ấy và các sinh viên đã tốt nghiệp của mình đã khám phá ra cách in vật liệu tổng hợp sợi carbon trong một khoảng thời gian rất ngắn với nhiệt lượng tối thiểu. Hầu hết quá trình sản xuất sợi carbon trong công nghiệp đòi hỏi phải gia nhiệt mạnh các khuôn, mất từ 6 đến 10 giờ trong các lò nướng khổng lồ có kích thước bằng xe bán tải.
Hãy quên đi những chiếc khuôn khổng lồ và giảm thời gian xuống chỉ còn vài phút — đó là những gì nhóm của Yourdkhani đã làm để tạo ra những vật liệu tổng hợp nhiệt rắn này trong phòng thí nghiệm của anh ấy. Polyme nhiệt rắn là chất lỏng chuyển thành chất rắn thông qua phản ứng hóa học một chiều, có nghĩa là chúng sẽ không chuyển trở lại thành chất lỏng khi hâm nóng. Epoxy được sử dụng trong chế biến gỗ là một ví dụ của polyme nhiệt rắn.
Mùa hè này, anh ấy đã thu hút sinh viên đại học kỹ thuật và học sinh trung học vào nghiên cứu của mình, nhưng anh ấy cũng đang tìm kiếm sinh viên từ các ngành khác nhau như hóa học và khoa học máy tính.
"Hóa học, kỹ thuật cơ khí, rô bốt và khoa học máy tính đều được kết nối để biến điều này thành hiện thực."
