นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อพัฒนา PEEK ที่ตรวจจับตนเองได้

ทีมวิศวกรที่นำโดยมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อเพิ่มคุณสมบัติใหม่ให้กับพลาสติกที่เรียกว่า polyetheretherketone หรือ PEEK พลาสติกที่ทนทานต่อแรงกระแทกน้ำหนักเบา"รังผึ้ง" โครงสร้างสามารถรับรู้ได้เมื่อเกิดความเสียหายและสามารถนำมาใช้ใน"smart" ขาเทียมและรากฟันเทียมทางการแพทย์

เปลี่ยนวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าเป็นวัสดุนำไฟฟ้า

คุณสมบัติทางกลของ PEEK' อุณหภูมิสูงและทนต่อสารเคมีทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในด้านการบินและอวกาศ ยานยนต์ และน้ำมันและก๊าซ ทีมงานได้เพิ่มเส้นใยคาร์บอนขนาดเล็กลงในโครงสร้าง PEEK แบบรังผึ้ง ซึ่งช่วยให้วัสดุที่ไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้าตามปกติสามารถบรรทุกประจุไฟฟ้าได้ตลอดโครงสร้าง

พวกเขาต้องการศึกษาว่าความเสียหายต่อวัสดุคอมโพสิต PEEK แบบรังผึ้งที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะส่งผลต่อความต้านทานไฟฟ้าหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น จะทำให้วัสดุใหม่มีความสามารถ"รับรู้ตัวเอง" ได้ ตัวอย่างเช่น การอนุญาตให้รากเทียมสะโพกสามารถรายงานเมื่อค่าการนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ซึ่งบ่งชี้ว่าอุปกรณ์เสื่อมสภาพและจำเป็นต้องเปลี่ยน แทนที่

ชุดรังผึ้งที่แตกต่างกัน

เพื่อทดสอบความสามารถในการสัมผัสตัวเองของการออกแบบ พวกเขาใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงสร้างรังผึ้งที่แตกต่างกันสามแบบ: โครงสร้างหกเหลี่ยม โครงสร้าง chiral รูปกากบาท และการออกแบบพับหกด้านโดยใช้วัสดุ PEEK คาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุแบบดั้งเดิม

จากนั้นจึงวางโครงสร้างเซลล์ไว้ใต้โหลดสองประเภทเพื่อเปรียบเทียบความสามารถในการดูดซับพลังงานตามลำดับ ในการทดสอบการบีบ จะใช้แรงกดสม่ำเสมอก่อนที่โครงสร้างจะยุบ การออกแบบ PEEK ของคาร์บอนไฟเบอร์แต่ละแบบมีประสิทธิภาพเหนือกว่า PEEK แบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถทนต่อแรงกดดันที่สูงขึ้น

อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบการกระแทก เมื่อวัตถุหนักตกลงบนโครงสร้างจากความสูง โครงสร้าง PEEK คาร์บอนไฟเบอร์ทั้งสามจะแสดงความต้านทานความเสียหายที่แข็งแกร่งกว่า โครงสร้างรังผึ้งหกเหลี่ยมของ PEEK คาร์บอนไฟเบอร์มีการตอบสนองที่ดีที่สุดและสามารถทนต่อแรงกระแทกได้ดีกว่ารุ่นอื่นๆ

ในการทดสอบการบดขยี้นักวิจัยยังได้วัดความต้านทานของโครงสร้างรังผึ้ง PEEK ของคาร์บอนไฟเบอร์ต่อประจุไฟฟ้าเมื่อมีโครงสร้างที่แตกต่างกันสามแบบ การเปลี่ยนแปลงความต้านทานความเครียดที่ใช้ซึ่งเป็นตัววัดความก้าวหน้าของความเสียหายที่เรียกว่าความไวต่อแรงกดทับจะลดลงเมื่อความเครียดจากการกดทับเพิ่มขึ้น เมื่อโครงสร้างถูกบดขยี้จนหมด แรงต้านจะหายไปเกือบหมด ปัจจัยข้อมูลจำเพาะที่แตกต่างกันที่สังเกตได้จากการกำหนดค่าที่แตกต่างกันนั้นสัมพันธ์กับอัตราการเติบโตของความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการดูดซับพลังงาน ซึ่งบ่งชี้ว่าคุณสมบัติ piezoresistive ของ PEEK ของคาร์บอนไฟเบอร์อาจช่วยสร้างโครงสร้างมัลติฟังก์ชั่นน้ำหนักเบาอัจฉริยะรุ่นใหม่

การใช้งานในอนาคตในหลายอุตสาหกรรม

นักวิจัยกล่าวว่าคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ PEEK ทำให้มีค่าต่อภาคอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย และเราหวังว่าโครงสร้างของวิศวกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ PEEK รังผึ้งที่เราสามารถสร้างผ่านการพิมพ์ 3 มิติจะเปิดโอกาสมากขึ้น

การพิมพ์ 3 มิติช่วยให้เราควบคุมการออกแบบและความหนาแน่นของโครงสร้างรังผึ้งได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับโลหะผสมแข็งแบบเดิมที่ใช้สำหรับรากฟันเทียมทางการแพทย์ เช่น การเปลี่ยนสะโพกหรือข้อเข่า อาจทำให้เราสร้างวัสดุที่ใกล้เคียงกับสรีรวิทยาของกระดูกธรรมชาติมากขึ้น ซึ่งอาจทำให้พวกเขาสะดวกสบายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น