研究人员开发了受蜘蛛网启发的3D打印防碎材料

来自蒙特利尔理工大学机械工程系的Candian研究人员团队使用3D打印技术设计了一种织物，该织物最多可吸收96％的冲击力而不会破裂。 

该团队从蜘蛛网的自然特性中汲取了灵感，通过加热聚碳酸酯（PC）制成胶粘剂，为电话和其他易碎技术设备制造了耐用的3D打印覆盖物。选择PC长丝是因为它在通过熔融长丝制造（FFF）3D打印机挤出时粘度低。

将来，这种3D打印材料可以用于制造防弹玻璃，甚至可以应用于航空领域，作为飞机发动机的保护涂层。  

制造3D打印的防碎材料

研究人员对PC进行加热以制造这种材料，就像加热聚合物一样，它会成型为类似于蜂蜜的粘性粘合剂，可用于复制蜘蛛网中发现的特性。该团队希望通过吸收冲击力来重新创建这些特性，这在抵抗猎物的冲击时得到了证明。 

为此，研究人员使用了不稳定性辅助的熔融长丝制造（IFFF）3D打印机来创建透明且吸收冲击的3D打印材料。在IFFF过程中，PC被部分熔化，然后快速挤出到打印平台上。

FrédérickGosselin教授的团队加热了PC，并“编织”了一系列厚度不足2mm的纤维。重复该过程，几根纤维以90°角进行3D打印，直到整个“纤维网”固化。在此过程中，熔融塑料会形成圆圈，形成一系列环。根据Gosselin教授的说法，这些环将变成牺牲链，在印刷后可以通过可移动的键连接起来，从而赋予纤维额外的强度。 

她补充说：“当发生冲击时，这些牺牲环节会吸收能量并断裂，以维持纤维的整体完整性-类似于丝蛋白。”

该团队从蜘蛛网中汲取了灵感，通过加热聚碳酸酯制成胶粘剂，为电话和其他易碎技术设备制造了耐用的3D打印覆盖物。图片来自蒙特利尔理工大学

测试防碎材料的强度 

这项研究的目的是在微观尺度上开发一种机制，以创建一种新型的冲击吸收纤维，该纤维可以释放大量能量而不会破裂。

为此，该报告调查了缠结时材料纤维的行为。进行了冲击测试，以查看将3D打印材料嵌入玻璃窗格是否可以防止其碎裂。结果表明，材料不会在某些地方变形，而不会破碎，但塑料薄片的整体形状将保持完整。 

当车队想看看它是否可以接住自由落体的棒球时，人造蜘蛛网就经过了进一步的测试。将500克棒球从66厘米高处掉落到掉落的飞镖冲击测试仪上。 

该测试突出了棒球与材料接触时的影响。在撞击下，棒球的动能在很大程度上被牺牲性纽带的断裂和其隐藏长度的展开所消散。结果显示出与蜘蛛网相同的能量耗散机制。 

这项研究的更多细节可以在《 Cell Reports Physical Science》杂志上发表的标题为“ Spiderweb启发，透明，吸收冲击的复合材料”中找到。它由FrédérickGosselin教授，Daniel Therriault教授和博士生Shibo Zou共同撰写。 

团队希望了解3D打印材料是否可以抓住自由落下的500克棒球，该棒球从66厘米高处掉落到落镖冲击测试仪上。图片来自蒙特利尔理工大学

 聚碳酸酯和3D打印

近年来，许多公司已将PC灯丝用于许多项目。今年早些时候，3D打印材料提供商Polymaker为其Stratasys子公司MakerBot LABS鉴定了三种PC材料，并使其可以在METHOD X3D打印机上进行打印。新添加的产品减少了翘曲和卷曲，PC可以使METHOD X用户获得PC强大的机械和热性能，并使Method的产品组合多达9种。 

此前，Polymaker还与德国高性能聚合物制造商Covestro合作推出了三种专门用于3D打印的新型PC基材料。热塑性聚合物被设计为包含可应用于诸如航空航天和电子行业的特定性能。 

此外，上周，科思创使用Formnext Connect的虚拟舞台介绍了一种新型且更具可持续性的3D打印材料系列。新的长丝生产线将通过其Addigy系列解决循环经济概念，该系列部分由再生塑料制成。环保聚合物可以扩大3D打印的潜在环境效益，例如以需求为导向的生产和减少的材料浪费。