포스트가 없는 그물 모양 부품 근처의 3D 프린팅

2023년 6월 5일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

동료 검토 출판물

신뢰할 수 있는 출처

교정하다

작성자: Lynn Shea, Carnegie Mellon University 기계공학

Carnegie Mellon 대학의 Rahul Panat 교수와 그의 팀은 맞춤형 마이크로기둥이 뉴런의 통신 신호를 포착하는 새로운 유형의 3D 프린팅 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 장치를 개발하던 중 예상치 못한 문제를 발견했습니다. 바로 배열의 마이크로기둥입니다. 소결 중에 구부러졌습니다. 현재 "CMU 어레이"라고 불리는 이러한 BCI 장치는 수백만 개의 금속 나노입자를 3D 공간에 쌓은 다음 소결합니다. 즉, 함께 융합합니다.

실험의 저속 촬영 영상인 다소 극적인 그림에서, 150~300°C까지 12시간 동안 소결하는 동안 은 마이크로기둥은 꽃이 핀 것처럼 고도로 조화롭게 열렸습니다. 소결 이론에 따르면 다양한 온도에서도 영구적인 변형이 없을 것으로 예상되기 때문에 이러한 현상은 전혀 예상하지 못한 것입니다.

Panat는 그러한 왜곡이 발생한 이유를 확인하는 것뿐만 아니라 더 중요하게는 이를 제어할 수 있는 방법을 찾기 위해 Carnegie Mellon과 Washington State University의 학제간 연구원 팀을 이끌었습니다. 실제로, 이 연구를 통해 제어할 수 있다면 3D 프린팅된 물체를 열, 물, 에너지와 같은 소스를 사용하여 다른 형태로 변형시키는 적층 제조(AM) 내 상대적으로 새로운 분야인 "4D 프린팅" 메커니즘으로 소결을 세계 최초로 구현하게 될 것입니다. 또는 다른 환경적 자극.

연구팀은 조사를 통해 영구적인 형태 변화를 일으키기 위해서는 대량 수송이 필요하다는 것을 결론적으로 입증했습니다. 그들은 두 가지 가능한 왜곡 메커니즘을 정의하고 왜곡과 이를 제어하는 ​​매개변수를 정확하게 예측하는 최초의 연속체 모델을 공식화했습니다. 그들의 연구 결과는 Nature Communications 저널 최신호에 게재되었습니다. 기계공학과 후보자가 해당 연구의 주요 학생입니다.

"AM을 사용하여 거의 그물 모양의 부품을 얻는 데 주요 장벽이었던 적층 제조의 근본적인 문제를 해결할 수 있다는 것은 매우 흥미롭습니다. 이러한 부품은 추가 처리가 필요하지 않으므로 비용이 절감되고 에너지가 절약됩니다."라고 Panat는 말했습니다. 이어 “4D 프린팅을 구현하는 방법으로 소결하는 아이디어는 새로운 연구 방향을 열 것”이라고 덧붙였다. 3D 프린팅에서 왜곡을 줄이려는 현재의 노력은 지루한 시행착오 접근 방식으로 제한되어 있기 때문에 이 문제를 해결하는 것이 적층 제조 기술 발전을 위한 핵심 요소가 될 수 있습니다.

마이크로기둥을 사용한 실험은 흥미로웠지만 모양 변화를 한 방향으로 제한하기 위해 저자는 20 및 35μm 두께의 마이크로 벽을 만드는 새로운 실험 세트를 고안했습니다. 그런 다음 광학 이미징을 사용하여 왜곡(이 경우 굽힘)을 정확하게 측정할 수 있습니다. 마이크로기둥의 경우와 마찬가지로, 소결이 진행됨에 따라 마이크로벽의 곡률이 증가하여 최대값에 도달한 후 온화한 회복을 나타냈습니다. 열 측정에 따르면 미세벽은 항상 더 뜨거운 쪽으로 구부러져 있으며 이는 차등 소결을 통한 물질 이동을 나타냅니다.

이 연구는 적층 제조의 근본적인 문제를 다루고 있으며 Panat가 왜곡 중 질량 이동을 관찰하기 위한 오페란도 현미경, 다양한 구성에서 4D 프린팅을 달성하기 위한 온도 제어, 모양 변화를 예측하는 모델 개발을 계속하기를 희망하는 연구를 시작하게 될 것으로 예상됩니다. 항공우주 구조물과 같은 산업의 대형 부품에서 예상되는 복잡한 형상의 경우.