Kolekcje

Inżynierowie opracowują metodę druku 3D na materiałach piezoelektrycznych

Inżynierowie opracowują metodę druku 3D na materiałach piezoelektrycznych

Materiały piezoelektryczne to małe cuda inżynierii, które można znaleźć we wszystkim, od naszych telefonów po muzyczne kartki z życzeniami, ze względu na ich zdolność do generowania ładunku elektrycznego w odpowiedzi na zastosowane obciążenia mechaniczne. Jednak mają swoje ograniczenia.

Bardzo przydatne i popularne materiały mają tylko kilka zdefiniowanych kształtów. Ponadto składają się z kruchego kryształu i ceramiki, które wymagają czystego pomieszczenia do produkcji.

Teraz, dzięki nowatorskiej technice opracowanej przez Virginia Tech, materiał będzie mógł być drukowany w 3D w sposób, który nie będzie ograniczał ich kształtem ani rozmiarem.

Swobodnie zaprojektowane

„Materiały piezoelektryczne przekształcają odkształcenia i naprężenia w ładunki elektryczne” - wyjaśnia Xiaoyu 'Rayne' Zheng, adiunkt inżynierii mechanicznej w College of Engineering i członek Macromolecules Innovation Institute.

„Opracowaliśmy metodę projektowania i platformę drukowania, aby swobodnie projektować czułość i tryby pracy materiałów piezoelektrycznych”.

„Programując aktywną topologię 3D, można osiągnąć praktycznie dowolną kombinację współczynników piezoelektrycznych w materiale i używać ich jako przetworników i czujników, które są nie tylko elastyczne i mocne, ale także reagują na ciśnienie, wibracje i uderzenia za pomocą sygnałów elektrycznych, które podają lokalizację, wielkość i kierunek oddziaływań w dowolnym miejscu tych materiałów ”.

Zespół Zheng zaprojektował zestaw topologii do druku 3D, które umożliwiają materiałowi generowanie ruchu ładunku elektrycznego w odpowiedzi na przychodzące siły i wibracje z dowolnego kierunku. W przeciwieństwie do poprzednich piezoelektryków, w których ładunek elektryczny był określany przez wewnętrzne kryształy, nowa metoda umożliwia użytkownikom przepisywanie odpowiedzi napięciowych, które mają być powiększane, odwracane lub tłumione w dowolnym kierunku.

Zespół Zhenga osiągnął to, produkując substytuty dla wewnętrznych kryształów, które naśladują je, jednocześnie pozwalając na zmianę orientacji sieci.

„Zsyntetyzowaliśmy klasę bardzo czułych atramentów piezoelektrycznych, które można rzeźbić w złożone trójwymiarowe cechy za pomocą światła ultrafioletowego. Atramenty zawierają wysoce skoncentrowane nanokryształy piezoelektryczne połączone z żelami wrażliwymi na promieniowanie UV, które tworzą roztwór - mleczną mieszaninę, taką jak stopiony kryształ - że drukujemy za pomocą cyfrowej, jasnej drukarki 3D o wysokiej rozdzielczości ”- powiedział Zheng.

„Możemy dostosować architekturę, aby uczynić je bardziej elastycznymi i używać ich na przykład jako urządzeń do zbierania energii, owijając je wokół dowolnej krzywizny” - powiedział Zheng. „Możemy uczynić je grubymi i lekkimi, sztywnymi lub absorbującymi energię”.

Czułość 5-krotnie wyższa

Otrzymane materiały mają również czułość 5-krotnie wyższą niż elastyczne polimery piezoelektryczne, dzięki czemu można je wytwarzać w skali od cienkiego arkusza gazy do mocnego bloku.

„Mamy zespół, który tworzy z nich urządzenia do noszenia, takie jak pierścienie, wkładki i wkłada je do rękawic bokserskich, gdzie będziemy mogli rejestrować siły uderzenia i monitorować stan zdrowia użytkownika” - powiedział Zheng.

„Możliwość osiągnięcia pożądanych właściwości mechanicznych, elektrycznych i termicznych znacznie skróci czas i wysiłek potrzebny do opracowania praktycznych materiałów” - powiedział Shashank Priya, wiceprezes ds. Badań w Penn State i były profesor inżynierii mechanicznej w Virginia Tech.


Obejrzyj wideo: Ile kosztuje druk3D? (Grudzień 2021).