Naukowcy wykorzystują technologię druku 3D do opracowania samoczujnego PEEK

Zespół inżynierów kierowany przez Uniwersytet w Glasgow wykorzystał technologię druku 3D, aby dodać nowe właściwości do tworzywa sztucznego zwanego polieteroeteroketonem lub PEEK. Ten nowy lekki, odporny na uderzenia plastik"plaster miodu" struktura może wykryć, kiedy jest uszkodzona i może być użyta w nowym"smart" protezy i implanty medyczne.

Przekształć materiały nieprzewodzące w materiały przewodzące

Właściwości mechaniczne PEEK', wysokie temperatury i odporność chemiczna sprawiają, że nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym oraz naftowym i gazowym. Zespół dodał mikrowłókna węglowe do struktury PEEK o strukturze plastra miodu, dzięki czemu ten zwykle nieprzewodzący materiał może przenosić ładunki elektryczne w całej swojej strukturze.

Chcieli zbadać, czy uszkodzenie przewodzącego materiału kompozytowego PEEK o strukturze plastra miodu wpłynie na jego opór elektryczny. Jeśli tak, może dać nowemu materiałowi zdolność&„postrzegania siebie &” – na przykład umożliwienie implantowi stawu biodrowego informowanie o zmianie jego przewodnictwa, wskazując, że jest zużyty i musi być zastąpiony.

Różne kombinacje o strukturze plastra miodu

Aby przetestować zdolność samodetekcji swojego projektu, wykorzystali druk 3D do stworzenia trzech różnych struktur plastra miodu: struktury heksagonalnej, struktury chiralnej w kształcie krzyża i sześciostronnego projektu składanego z wykorzystaniem materiału PEEK z włókna węglowego i tradycyjnych materiałów.

Następnie poddali strukturę komórkową dwóm rodzajom obciążeń, aby porównać ich odpowiednie zdolności pochłaniania energii. W teście ściskania stosuje się stały nacisk przed zawaleniem się konstrukcji. Każda konstrukcja PEEK z włókna węglowego przewyższa swoje tradycyjne odpowiedniki PEEK, które mogą wytrzymać wyższe ciśnienia.

Jednak w teście udarności, gdy ciężki przedmiot spada na konstrukcję z wysokości, trzy struktury PEEK z włókna węglowego wykazują większą odporność na uszkodzenia. Sześciokątna struktura plastra miodu z włókna węglowego PEEK ma najlepszą reakcję i może wytrzymać większe uderzenia niż jakakolwiek inna.

W teście zgniatania naukowcy zmierzyli również odporność struktury plastra miodu PEEK z włókna węglowego na ładunki elektryczne, gdy trzy różne struktury zostały naprężone. Zmiana zastosowanej odporności na odkształcenia — miara postępu uszkodzenia znana jako czułość piezorezystancyjna — zmniejsza się wraz ze wzrostem odkształcenia ściskającego. Kiedy konstrukcja jest całkowicie zmiażdżona, opór jest prawie całkowicie tracony. Różne czynniki specyfikacji obserwowane dla różnych konfiguracji są związane z tempem wzrostu uszkodzeń związanym z ich zdolnością do pochłaniania energii, co wskazuje, że piezorezystywne właściwości PEEK z włókna węglowego mogą pomóc w stworzeniu nowej generacji inteligentnych lekkich struktur wielofunkcyjnych.

Przyszłe zastosowania w wielu branżach

Naukowcy twierdzą, że unikalne właściwości PEEK sprawiają, że jest on nieoceniony w wielu sektorach przemysłu i mamy nadzieję, że struktura plastra miodu PEEK z włókien węglowych, którą możemy zbudować za pomocą druku 3D, otworzy więcej możliwości.

Druk 3D pozwala nam w dużym stopniu kontrolować projekt i gęstość struktury plastra miodu. W porównaniu z litymi stopami metali tradycyjnie stosowanymi do implantów medycznych, takich jak endoprotezy stawu biodrowego lub kolanowego, może to pozwolić nam na tworzenie materiałów bliższych fizjologii naturalnych kości, co może sprawić, że będą one bardziej komfortowe i skuteczne .