EPFL je razvio 3D‑štampani gumeni materijal DNGEs koji kombinuje krute čestice u mekoj matrici kako bi odoleo i iznenadnim udarcima i dugoročnom zamoru. U laboratorijskim testovima materijal je pokazao do 15× veću lomnu čvrstoću i do 3× veću otpornost na zamor u odnosu na konvencionalne elastomere. Studija je objavljena u Science Advances, a sledeći koraci tima uključuju razvoj biorazgradivih i recikliranih varijanti.
EPFL razvio 3D‑štampani gumeni materijal koji 15× povećava otpornost na lom i znatno smanjuje zamor
Istraživači sa Švajcarske Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) razvili su 3D‑štampani gumeni materijal, nazvan double‑network granular elastomers (DNGEs), koji istovremeno odoleva naglim udarcima i dugoročnom zamoru. Reč je o rešenju koje ublažava dugogodišnji kompromis u dizajnu mekih komponenti za nosivu elektroniku, meku robotiku i medicinske uređaje — mnogi dostupni elastomeri dobro rade ili pri jednom velikom opterećenju ili pri ponovljenom zamoru, ali ne i u oba režima.
Kako radi
DNGEs se sastoje od čvrstih čestica elastomera uronjenih u mekšu, povezanu elastomersku matricu. Dve međusobne mreže dele i raspoređuju mehaničko naprezanje tokom istezanja: krute čestice prenose stres na okolnu meku matricu kroz preuređivanje polimernih lanaca, umesto da se polimerni spojevi direktno lome. To omogućava materijalu da upije ponovljene cikluse naprezanja bez trenutnog otkaza, čime se značajno produžava radni vek komponente.
Partikularna granularna struktura takođe remeti pravolinijsko širenje pukotina: umesto da pukotina preseče uzorak pravom linijom, ona "vijuga" kroz mekša područja mreže — efekt koji istraživači porede sa termite koje prave zavojite tunele kroz deblo, umesto da sekirom naprave ravan rez. Takva putanja usporava rast pukotina i smanjuje verovatnoću iznenadnog, katastrofalnog otkaza.
Rezultati ispitivanja
U laboratorijskim testovima DNGEs su pokazali lomnu čvrstoću do 15× veću u odnosu na uporedivе konvencionalne elastomere koji se koriste u mekim uređajima, dok je otpornost na zamor bila do 3× veća. Puna studija sa detaljima mehanizma objavljena je u časopisu Science Advances.
EPFL je već 2024. demonstrirao praktičnu primenu DNGEs štampanjem elastomernog "prsta" sa krutim unutrašnjim potporama i fleksibilnim spoljnim slojem koji se može ciljno savijati — pokazavši da se mehanička svojstva mogu podešavati unutar jednog štampanog objekta. Novo istraživanje potvrđuje da materijal osim podešivosti ima i značajno poboljšanu trajnost pri realnim, ponovljenim opterećenjima.
Primene i naredni koraci
Istraživači ističu potencijalne primene u mekoj robotici, nosivim senzorima i biomedicini — poljima gde su komponente često ograničene kompromisom između krutosti, izdržljivosti i otpornosti na zamor. Produženje veka komponenti kroz upotrebu čvršćih, ali i postojanijih materijala može smanjiti troškove održavanja i zamene kod masovne proizvodnje fleksibilnih uređaja.
Esther Amstad i tim trenutno rade na smanjenju ekološkog otiska DNGEs: cilj je razviti biorazgradive verzije i koristiti reciklirane sirovine bez gubitka mehaničkih performansi, što bi povećalo pristupačnost materijala laboratorijama sa standardnim komercijalnim 3D štampačima.
Izvor: EPFL tim i članak u Science Advances.
Pomozite nam da budemo bolji.
