सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ हॉन्ग कॉन्ग (सिटीयू) के शोधकर्ताओं ने 3डी प्रिंटेड पॉलीमर लैटिस पार्ट को पहले से 100 गुना ज्यादा मजबूत बनाने का तरीका निकाला है।
पारंपरिक गर्मी उपचारों की तुलना में, जो विकृति की कीमत पर प्लास्टिक मुद्रित वस्तुओं को मजबूत करते हैं, सिटीयू का दृष्टिकोण उन्हें आंशिक रूप से मजबूत और दो बार नमनीय बनाने के लिए आंशिक रूप से कार्बोनेट करता है। अपनी प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, टीम कहती है, विशिष्ट अनुप्रयोगों, जैसे कोरोनरी स्टेंट या बायोइम्प्लांट्स के अनुरूप यांत्रिक गुणों के साथ जटिल 3 डी प्रिंटिंग प्राप्त करना संभव है।
सिटीयू के प्रोफेसर लू यांग ने कहा, "यह आश्चर्यजनक है कि हमने नाजुक और नाजुक 3 डी प्रिंटेड फोटोपॉलिमर को अल्ट्रा-कठिन 3 डी संरचनाओं में बदलने का एक तरीका खोज लिया है, जो धातुओं और मिश्र धातुओं को सही परिस्थितियों में गर्म करके प्रतिद्वंद्वी बनाते हैं।" "हमारा काम वस्तुतः किसी भी ज्यामिति के साथ हल्के, मजबूत, और निंदनीय यांत्रिक मेटामेट्री बनाने के लिए एक कम लागत वाला, सरल और स्केलेबल मार्ग प्रदान करता है।"
सामग्री के "पवित्र कंघी बनानेवाले की रेती" का पीछा करते हुए
सिटीयू के वैज्ञानिकों के अनुसार, एक बहुलक का विकास जो एक ही समय में हल्का, फिर भी अति-उच्च-शक्ति और नमनीय है, सामग्री अनुसंधान और विकास की "पवित्र कब्र" माना जाता है, लेकिन ये गुण अक्सर "पारस्परिक रूप से अनन्य" होते हैं।
इसका कारण यह है कि पायरोलिसिस, आमतौर पर प्लास्टिक के हिस्सों को एक निष्क्रिय वातावरण में गर्म करके प्रबलित कार्बन में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया, मूल बहुलक की लगभग सभी विकृति को छीन लेती है। जबकि टीम स्वीकार करती है कि अन्य प्लास्टिक सुदृढ़ीकरण विधियां मौजूद हैं, वे कहते हैं कि इनका परिणाम "अंतर्निहित भंगुरता और कम क्रूरता" में भी होता है जो "संरचनात्मक अनुप्रयोगों [अंतिम भाग के] को सीमित करता है"।
विशेष रूप से, ये कमियां "मेटामैटिरियल्स" से भागों के निर्माण को सीमित करती हैं, जिन्हें प्राकृतिक कच्चे माल में नहीं पाए जाने वाले गुणों के लिए डिज़ाइन किया गया है। इनमें से कुछ पुनरावृत्तियों का उपयोग सूक्ष्म जाली बनाने के लिए किया जा सकता है जो हल्के संरचनात्मक डिजाइनों को उन सामग्रियों के गुणों के साथ जोड़ते हैं जिनसे वे बने होते हैं, लेकिन शोधकर्ताओं का कहना है कि उनकी 3 डी प्रिंटिंग क्षमताएं अभी भी सीमित हैं।
यांग ने कहा, "मजबूत और कठिन वास्तुशिल्प घटकों को अक्सर 3 डी प्रिंटिंग के लिए धातुओं या मिश्र धातुओं की आवश्यकता होती है, लेकिन वाणिज्यिक धातु 3 डी प्रिंटर और कच्चे माल की उच्च लागत और कम रिज़ॉल्यूशन के कारण वे आसानी से उपलब्ध नहीं होते हैं।" "पॉलिमर अधिक आसानी से उपलब्ध होते हैं, लेकिन अक्सर यांत्रिक शक्ति या क्रूरता की कमी होती है।"
ऐसे पॉलिमर विकसित करें जो 100 गुना कठिन हों
3डी प्रिंटेड पॉलीमर लैटिस का अध्ययन करने की प्रक्रिया में, सिटीयू टीम ने कहा कि वे आंशिक कार्बोनाइजेशन की "जादू जैसी" स्थिति में उन्हें गर्म करने का एक तरीका लेकर आए हैं। पायरोलिसिस प्रक्रिया की ताप दर, तापमान, अवधि और गैस वातावरण को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके, वैज्ञानिकों ने पाया कि सूक्ष्म जाली की कठोरता, ताकत और लचीलापन एक ही चरण में बढ़ाया जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने यह खोज विशेषता तकनीकों की एक श्रृंखला के माध्यम से की जिससे पता चला कि धीमी गति से हीटिंग सामग्री की बहुलक श्रृंखला को पायरोलाइटिक परिवर्तन के दौरान अपूर्ण परिवर्तन से गुजरती है। यह एक हाइब्रिड सामग्री बनाता है जिसमें संरचनात्मक रूप से प्रबलित कार्बन टुकड़े और शिथिल क्रॉस-लिंक्ड पॉलीमर चेन होते हैं जो समग्र रूप से सह-अस्तित्व को टूटने से रोकते हैं।
आगे अनुसंधान एवं विकास के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि ताकत और लचीलापन के लिए अनुकूलित भागों के उत्पादन के लिए बहुलक से कार्बन अंशों का अनुपात भी महत्वपूर्ण है। अपने सिद्धांत को परीक्षण में रखते हुए, टीम ने कई परीक्षण प्रिंट बनाए जिसमें वे एक कार्बोनेटेड जाली को पुनरावृत्त रूप से विकसित करने में सक्षम थे जो पहले की तरह 100 गुना मजबूत और दो बार नमनीय था।
एक अतिरिक्त बोनस के रूप में, शोधकर्ताओं के "हाइब्रिड कार्बन" माइक्रो लैटिस ने भी अपने बेस पॉलिमर की तुलना में बेहतर बायोकम्पैटिबिलिटी का प्रदर्शन किया और यहां तक कि सेलुलर बायोएक्टिविटी का बेहतर समर्थन करने के लिए भी दिखाया गया। इसे ध्यान में रखते हुए, टीम का मानना है कि उनकी प्रक्रिया का उपयोग कई अन्य पॉलिमर की कार्यक्षमता का विस्तार करने और चिकित्सा, रोबोटिक और ऊर्जा उपकरणों के लिए नई 3D प्रिंटिंग सामग्री को अनलॉक करने के लिए किया जा सकता है।
कार्बोनेटेड सामग्री से मुद्रित कोरोनरी स्टेंट 3डी के उदाहरण