Malzeme bilimi için ileriye dönük bir atmada, çok kurumsal bir araştırmacı ekibi, karmaşık, renk değiştiren duyarlı malzemeleri sağlayan ve akıllı tekstiller ve gelişmiş robotikler gibi yeni uygulamaların yolunu açan 3D baskı kolesterik sıvı kristal elastomerleri (CRCES) için öncü bir yöntem geliştirdi.
Koaksiyal Doğrudan Mürekkep Yazımı (DIW) olarak bilinen en yeni yöntem, Pennsylvania Üniversitesi (Penn), Harvard Üniversitesi ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL), 3D-basma Ulusal Laboratuvarı (LLNL) icat etti ve strese yanıt olarak renk değiştirebilen 3D-baskılı, çok istifli yapılar, benzersiz materyalleri birleştirebilecek şekilde renk değiştirebilecek, benzersiz malzemeleri birleştirdi. Araştırma dergide yayınlandı Gelişmiş Malzemeler.
Bu araştırmanın anahtarı, canlı renkleri ve esneklikleri ile bilinen eşsiz bir malzeme sınıfı olan Cless. Basitçe söylemek gerekirse, cles, şekillerine ve onlara uygulanan strese bağlı olarak rengi değiştirebilen yumuşak, lastik maddelerdir. Bu dikkate değer özellik, ışığı manipüle etme yeteneklerinden kaynaklanırken, CCCES’in moleküler yapısı, ruh hali halkalarında, akvaryum termometrelerinde ve boogie kartlarında kullanılan malzeme gibi karmaşık renk ekranlarının oluşturulmasına izin verir.
Bu yaratıcı yaklaşımın ilhamı, LLNL mühendisleri Elaine Lee, Katherine Riley ve Caitlyn Cook Krikorian’ın katkılarıyla Penn Araştırmacılar Alicia NG’nin (aynı zamanda bir LLNL yaz öğrencisi stajyeri) işbirlikçi vizyonundan kaynaklanıyor. Atılım, Harvard araştırmacıları Jennifer Lewis ve Rodrigo Telles ile ortaklık kurduklarında geldi ve CLCE çekirdeği için bir iskele olarak hizmet etmek için şeffaf bir silikon kabuk basma fikrini ortaya çıkardı. Araştırmacılar, yolculuğun zorluksuz olmadığını söyledi.
Cook, “Renk değişikliğinin uzaktan algılama için kullanılabileceği mekanik veya gerinimle uyarılan bir malzemeye sahip olmak için işi (laboratuvara) getirmek istedik.” “Uygun bir malzeme bulduktan sonra, bu bistable kubbe yapılarını inşa etmek için baskı sadakatini sağlamak için canlı renkleri korumak için DIW koşullarını, özellikle de kesme oranlarını ince ayarlamak için önemli ölçüde zaman harcadık. Bu yazıda bu yapıları yazdırabileceğimizi gösterdik, ancak bu, ulaşılabilir baskı mimarileri kadar buzdağının sadece ucu.”
Bu yenilikçi materyallerin potansiyel uygulamaları çok büyüktür. LLNL’den Riley, “açık ve kapalı, mekanik yükleri pasif olarak algılayabilen ve kaydedebilen metamalzeme tabakaları ve geleneksel elektronikler olmadan hesaplayabilen mekanik mantık sistemlerini” oluşturmak için çok kararlılığın kullanıldığını vurguladı.
Cless kullanarak, ekip, stresli olduğunda rengi değiştiren özel bir mürekkeple esnek yapıları 3D yazdırabilir. Bu renk değişimi, yapının nasıl kullanıldığını ve basınç veya gerinim altında olup olmadığını gösteren görsel bir sinyal görevi görür.
Riley, “2D veya 3D metamalzeme dizilerinde düzenlendiğinde, bu mimari pasif ekranlar için ve farklı mekanik yükleme seviyelerini belirtmek için farklı renkler gösteren sensörler için kullanılabilir.” Dedi.
Araştırmacılar, doğrudan belirli şekillere yazdırılabilen uzaktan gerilme algılama sensörleri olarak hizmet eden bu malzemeleri öngörerek, karmaşık mimarilerde gerginlik ve stresi deneysel olarak haritalama ve doğrulama yeteneği sağlıyor.
İleriye baktığımızda, ekip, daha karmaşık sıvı kristal elastomer benzeri sentetik kas ve algılama özelliklerine sahip yeni bir 3D baskılı duyarlı materyal geliştirmeyi amaçlayan laboratuvarlara yönelik bir araştırma ve geliştirme stratejik girişimi yoluyla araştırmalarını genişletmeye istekli. Her ikisi de çabaya öncülük eden Cook ve Lee, basılı mimarilerin karmaşıklığını artırmak ve sonuçları hesaplama simülasyonlarında gözlenen streslerle karşılaştırmak istiyor.
Araştırmacılar, malzemelerin farklı yükleme koşullarına göre sertliklerini gerçek zamanlı olarak nasıl değiştirebileceğini ve kilitleyebileceğini araştırıyorlar. Cook, bu CLCE materyallerinin LLNL’nin otomatik malzeme laboratuvar ve makine öğrenimi takviye stratejileri aracılığıyla yeni tasarımların hızla yinelemesinde önemli bir rol oynayabileceğini söyledi.
Ekip baskı yeteneklerini iyileştirmeye devam ettikçe, bu canlı, duyarlı malzemelerin, akıllı malzemeler, robotikler ve ötesine bağımlı endüstrileri de ilerletebilecek yenilikçi imalat teknikleriyle pratik bir entegrasyonu öngörüyorlar.
