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自傳感材料會(huì)成為未來3D打印技術(shù)的新機(jī)遇嗎?

3D打印動(dòng)態(tài)
2024
10/09
11:20
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本帖最后由 冰墩熊 于 2024-10-9 11:20 編輯

南極熊導(dǎo)讀:如果3D打印材料能夠在問題來不及解決之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,,那將會(huì)帶來怎樣的影響,?

△格拉斯哥大學(xué)工程師創(chuàng)造的四種不同測試樣品

2024年10月9日,南極熊獲悉,,英國格拉斯哥大學(xué)(University of Glasgow)的工程師們正在致力于創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng),,旨在模擬自感應(yīng)3D打印復(fù)合材料的物理特性。這些材料通過測量電流來檢測應(yīng)變,、負(fù)載和損壞,,能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控材料狀態(tài),從而為各種應(yīng)用釋放安全性和質(zhì)量保證的潛力,。


那么,,這些自感應(yīng)材料是如何工作的呢?研究人員表示,,將碳納米管細(xì)絲編織到材料內(nèi)部,,使它能夠傳輸電流,并通過一種稱為“壓阻效應(yīng)”的現(xiàn)象,,賦予材料監(jiān)測自身結(jié)構(gòu)完整性的能力,。當(dāng)電流發(fā)生變化時(shí),可能意味著材料遭受了壓縮或拉伸,,這就為及時(shí)解決故障提供了依據(jù),。

通過這些創(chuàng)新,工程師們不僅能夠提升3D打印材料的可靠性,,還能推動(dòng)其在航空航天,、建筑和醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。格拉斯哥大學(xué)詹姆斯·瓦特工程學(xué)院的Shanmugam Kumar教授領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究,,他指出:“將壓阻行為賦予3D打印的蜂窩材料,,使其能夠在不添加任何額外硬件的情況下,監(jiān)測自身性能,�,!边@種方法有望在材料科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域開辟新的可能性。

△格子樣品及其熱成像分析

如何測試自感應(yīng)材料

格拉斯哥大學(xué)的工程師們結(jié)合聚醚酰亞胺 (PEI) 和碳納米管,,創(chuàng)造出了四種具有功能性(FFF)的輕質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),。這些晶格設(shè)計(jì)被稱為自主傳感架構(gòu)材料,并對其壓阻行為進(jìn)行了系統(tǒng)測試,。研究團(tuán)隊(duì)評估了這些材料的剛度,、強(qiáng)度、能量吸收和自感應(yīng)能力,,并利用復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型,,構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)以預(yù)測這些材料在不同負(fù)載下的反應(yīng)。

在獲得模型預(yù)測結(jié)果后,,團(tuán)隊(duì)通過在現(xiàn)實(shí)條件下對材料進(jìn)行深入分析來驗(yàn)證這些預(yù)測,。他們使用紅外熱成像技術(shù)可視化了流經(jīng)材料的電流,發(fā)現(xiàn)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測材料在各種應(yīng)力和應(yīng)變下的反應(yīng),,以及電阻如何受到影響,。

Kumar教授解釋了他們開發(fā)的模型將如何幫助優(yōu)化自主感應(yīng)材料的研發(fā),。他表示:“雖然研究人員已經(jīng)了解這些特性一段時(shí)間,,但我們?nèi)狈σ环N方法來提前預(yù)見新型自主感應(yīng)材料開發(fā)的效果。相反,,我們往往依賴反復(fù)試驗(yàn)來確定最佳的開發(fā)方法,,這既耗時(shí)又費(fèi)錢。”

△顆粒狀聚醚酰亞胺 (PEI)

如何使用3D打印自感應(yīng)材料

自感應(yīng)材料在增材制造領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力,。例如,,在航空航天和汽車行業(yè),自感應(yīng)材料能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測飛機(jī),、航天器和車輛部件的結(jié)構(gòu)完整性,,從而增強(qiáng)安全性和維護(hù)性能。如果將自感應(yīng)材料應(yīng)用于橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)中,,能夠在問題導(dǎo)致坍塌之前發(fā)出警報(bào),。工程師們還聲稱,“對智能骨科,、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測,、傳感器、電池和其它多功能應(yīng)用具有深遠(yuǎn)影響”,。

△壓阻有限元分析方法:使用穩(wěn)態(tài)熱分析中的電熱類比計(jì)算電阻率,,與機(jī)械分析的時(shí)間步長同步。根據(jù)從機(jī)械分析通過熱分析獲得的應(yīng)力場更新局部電阻率場,,采用USDFLD子程序定義母體PEI/CNT復(fù)合材料的壓阻響應(yīng)

工程師們進(jìn)一步闡述了如何繼續(xù)進(jìn)行他們的研究,。Kumar表示:“雖然我們在此研究中重點(diǎn)關(guān)注了嵌入碳納米管的PEI材料,但我們基于多尺度有限元建模的研究結(jié)果,,可以輕松應(yīng)用于其它可通過增材制造的材料,。”

這項(xiàng)研究不僅推動(dòng)了自感應(yīng)材料的優(yōu)化,,也為3D打印領(lǐng)域帶來了新的思路和方向,。Kumar補(bǔ)充道:“我們希望這種方法能夠鼓勵(lì)其他研究人員開發(fā)新的自主傳感架構(gòu)材料,充分挖掘這種方法在各行各業(yè)的材料設(shè)計(jì)和開發(fā)中的潛力,�,!�



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