Sự kết hợp giữa tính linh hoạt và độ đàn hồi làm cho vật liệu đàn hồi trở nên cần thiết trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, xây dựng và hàng tiêu dùng. Hơn nữa, chúng ngày càng hấp dẫn trong các lĩnh vực mới nổi như vi lỏng, robot mềm, thiết bị đeo và thiết bị y tế. Tuy nhiên, có đủ độ bền cơ học là điều kiện tiên quyết cho bất kỳ ứng dụng nào. Vì vậy, việc giải quyết các thuộc tính tưởng chừng như mâu thuẫn giữa độ mềm và sức mạnh luôn là một mục tiêu theo đuổi lâu dài.
Tơ nhện tự nhiên có sức bền phi thường, mang đến nguồn cảm hứng liên tục cho việc thiết kế các vật liệu mềm tổng hợp. Mặc dù cấu trúc thượng tầng độc đáo của nó khó tái tạo, nhưng nguyên tắc tổng quát hơn của việc thiết kế các cấu trúc phân lớp cung cấp những gợi ý hữu ích cho việc thiết kế các vật liệu đàn hồi có độ bền cơ học cao. Tuy nhiên, các nguyên tắc thiết kế trên không thể áp dụng trực tiếp vào in 3D dựa trên xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP). In DLP yêu cầu xử lý ánh sáng nhanh để đạt được độ gel nhanh cần thiết. Do đó, nhựa photopolymer thường chứa một lượng đáng kể acrylat hoặc methacrylate đa chức năng, hạn chế nghiêm trọng quyền tự do thiết kế phân tử. Ngoài ra, quá trình hóa rắn nhanh có thể dẫn đến sự hình thành mạng lưới không đồng đều và ứng suất dư, điều này cũng gây bất lợi cho hiệu suất cơ học.
Tiềm năng sản xuất in 3D quy mô lớn bị cản trở bởi hiệu quả sản xuất thấp (tốc độ in) và chất lượng sản phẩm không đủ (hiệu suất cơ học). Những tiến bộ mới nhất trong in 3D cực nhanh của photopolymer làm giảm bớt vấn đề về hiệu quả sản xuất, nhưng các tính chất cơ học điển hình của polymer in vẫn còn kém xa các kỹ thuật xử lý truyền thống.
Gần đây, Giáo sư Xie Tao và nhóm của Phó nhà nghiên cứu Wu Jingjun từ Trường Kỹ thuật Hóa học và Kỹ thuật Sinh học tại Đại học Chiết Giang đã xuất bản một bài báo có tiêu đề “Chất đàn hồi có thể in được 3D với độ bền và độ dẻo dai đặc biệt” trên tạp chí Nature. Nghiên cứu đã báo cáo hóa học nhựa in ảnh 3D tạo ra chất đàn hồi có độ bền kéo 94,6 MPa và độ bền 310,4 MJ m-3, vượt xa bất kỳ chất đàn hồi in 3D nào. Nói một cách cơ học, điều này đạt được bằng cách in các liên kết cộng hóa trị động trong polyme, cho phép cấu hình lại cấu trúc liên kết mạng và tạo điều kiện hình thành các liên kết hydro phân cấp (đặc biệt là liên kết hydro amit), phân tách vi pha và cấu trúc xen kẽ, từ đó thúc đẩy tổng hợp các tính chất cơ học tuyệt vời. Công việc này mang lại một tương lai tươi sáng hơn cho ngành sản xuất quy mô lớn sử dụng in 3D.
Hình 1: Thiết kế hóa học của chất đàn hồi in ảnh 3D © 2024 Springer Nature
Hình 2. Tính chất cơ học của chất đàn hồi và cơ chế tăng cường và độ cứng của chúng © 2024 Springer Nature
Hình 3. Độ đàn hồi và tính chất cơ học của chất đàn hồi © 2024 Springer Nature
Hình 4: Chất đàn hồi bền và chắc được in bởi DLP © 2024 Springer Nature
Khả năng in 3D các vật liệu siêu bền và siêu cứng trong tác phẩm này mở rộng phạm vi sử dụng trong những điều kiện cực kỳ khắc nghiệt, vượt xa hai ví dụ được trình bày trong bài viết. Ngoài ra, tiền chất in ấn trong nghiên cứu này được tổng hợp bằng cách sử dụng các thuốc thử sẵn có trong các bước đơn giản, đảm bảo chi phí thấp. Mặc dù có những nguyên tắc đã được thiết lập khác để thiết kế các polyme có đặc tính cơ học vượt trội, nhưng việc áp dụng trực tiếp chúng vào in 3D là một thách thức do các yêu cầu nghiêm ngặt đối với in ảnh, bao gồm gel nhanh dưới ánh sáng và thời gian sử dụng đủ của thùng chứa trong quá trình in và bảo quản. Tuy nhiên, chúng cung cấp những hiểu biết hữu ích cho sự phát triển trong tương lai của các vật liệu in 3D hiệu suất cao thay thế. Nhìn chung, nghiên cứu cho thấy rằng in 3D không nhất thiết làm giảm hiệu suất cơ học, điều này sẽ tạo ra trở ngại lớn cho việc triển khai thương mại trong tương lai.
SAT NANO là nhà cung cấp bột kim loại và bột hợp kim tốt nhất cho in 3D tại Trung Quốc, chúng tôi cũng có thể cung cấp dịch vụ in 3D, nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ sales03@satnano.com
