3-डी मुद्रित संरचनाएं जो उनके आकार को 'याद रखें'

SCP-3069 To Force the hand of God | Keter | biohazard / extradimensional scp - Eastside Show (जुलाई 2019).

Anonim

एमआईटी और सिंगापुर विश्वविद्यालय प्रौद्योगिकी और डिजाइन (एसयूटीडी) के अभियंता तीन-आयामी संरचनाओं को मुद्रित करने के लिए प्रकाश का उपयोग कर रहे हैं जो उनके मूल आकार को "याद रखें"। चरम कोणों पर फैला हुआ, घुमावदार और घुमाए जाने के बाद भी, छोटे कॉइल्स और बहुमूल्य फूलों से संरचनाएं, एफिल टावर की एक इंच लंबी प्रतिकृति के लिए-एक निश्चित तापमान पर गर्म होने के कुछ सेकंड के भीतर अपने मूल रूपों में वापस आ गईं " प्यारी जगह।"

कुछ संरचनाओं के लिए, शोधकर्ता माइक्रोन-स्केल फीचर्स को मानव बाल-आयामों के व्यास के रूप में छोटा प्रिंट करने में सक्षम थे जो कम से कम दसवीं जितनी बड़ी होती हैं जितनी अन्य लोग प्रिंट करने योग्य आकार-मेमोरी सामग्री के साथ प्राप्त करने में सक्षम होते हैं। टीम के नतीजे इस महीने के शुरू में ऑनलाइन जर्नल वैज्ञानिक रिपोर्ट में प्रकाशित किए गए थे।

एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहयोगी प्रोफेसर निकोलस एक्स फैंग कहते हैं कि आकृति-स्मृति पॉलिमर जो अनुमानित रूप से तापमान के जवाब में मोर्फ़ कर सकते हैं, कई अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हो सकते हैं, नरम एक्ट्यूएटर से जो सौर पैनलों को सूरज की ओर बदलते हैं, छोटे ड्रग कैप्सूल जो संक्रमण के शुरुआती संकेतों पर खुलता है।

फेंग कहते हैं, "हम अंततः शरीर के तापमान को ट्रिगर के रूप में उपयोग करना चाहते हैं।" "अगर हम इन बहुलकों को सही ढंग से डिजाइन कर सकते हैं, तो हम एक दवा वितरण उपकरण बनाने में सक्षम हो सकते हैं जो बुखार के संकेत पर दवा छोड़ देगा।"

फेंग के सहकर्मियों में पूर्व एमआईटी-एसयूटीडी अनुसंधान साथी क्यूई "केविन" जीई शामिल हैं, जो अब एसयूटीडी में सहायक प्रोफेसर हैं; पूर्व एमआईटी शोध सहयोगी हाउन ली, जो अब रूटर विश्वविद्यालय में सहायक प्रोफेसर हैं; और एसयूटीडी और जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के अन्य।

जीई का कहना है कि 3-डी प्रिंटिंग आकृति-मेमोरी सामग्री की प्रक्रिया को 4-डी प्रिंटिंग के रूप में भी सोचा जा सकता है, क्योंकि संरचनाओं को चौथे आयाम-समय में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

"हमारी पद्धति न केवल माइक्रोन-स्केल पर 4-डी प्रिंटिंग को सक्षम करती है, बल्कि यह भी रेसिपी को आकृति-मेमोरी पॉलिमर मुद्रित करने का सुझाव देती है जिसे वाणिज्यिक 3-डी प्रिंटर द्वारा मुद्रित की तुलना में 10 गुना बड़ा किया जा सकता है।" "यह जैव चिकित्सा उपकरणों, तैनाती एयरोस्पेस संरचनाओं, और आकार बदलने वाली फोटोवोल्टिक सौर कोशिकाओं सहित विभिन्न प्रकार के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में 4-डी मुद्रण को आगे बढ़ाएगा।"

तेजी की जरूरत

फेंग और अन्य विश्वसनीय, व्यावहारिक उपकरण के रूप में मुलायम, सक्रिय सामग्री के उपयोग की खोज कर रहे हैं। ये नई और उभरती हुई सामग्रियों, जिनमें आकृति-मेमोरी पॉलिमर शामिल हैं, पर्यावरण उत्तेजना जैसे गर्मी, प्रकाश और बिजली-गुणों के जवाब में नाटकीय रूप से फैल सकते हैं और शोध कर सकते हैं कि शोधकर्ता जैव चिकित्सा उपकरणों, मुलायम रोबोटिक्स, पहनने योग्य सेंसर में उपयोग के लिए जांच कर रहे हैं, और कृत्रिम मांसपेशियों।

आकार-स्मृति बहुलक विशेष रूप से दिलचस्प हैं: ये सामग्री दो राज्यों के बीच स्विच कर सकती है-एक कठिन, कम तापमान, असंगत राज्य, और एक मुलायम, उच्च तापमान, रबड़ राज्य। घुमावदार और फैला हुआ आकार कमरे के तापमान पर "जमे हुए" हो सकता है, और जब गर्म सामग्री को "याद" किया जाएगा और वापस अपने मूल मजबूत रूप में स्नैप किया जाएगा।

आकृति-स्मृति संरचनाओं को बनाने के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने 3-डी प्रिंटिंग की ओर देखा है, क्योंकि तकनीक उन्हें अपेक्षाकृत अच्छी जानकारी के साथ कस्टम-डिज़ाइन संरचनाओं की अनुमति देती है। हालांकि, परंपरागत 3-डी प्रिंटर का उपयोग करके, शोधकर्ता केवल कुछ मिलीमीटर से कम विवरण वाले संरचनाओं को डिजाइन करने में सक्षम हैं। फेंग का कहना है कि इस आकार के प्रतिबंध से यह भी सीमित हो जाता है कि सामग्री अपने मूल आकार को कितनी तेजी से पुनर्प्राप्त कर सकती है।

"वास्तविकता यह है कि, यदि आप इसे बहुत छोटे आयामों में बनाने में सक्षम हैं, तो ये सामग्री वास्तव में सेकंड के भीतर बहुत जल्दी प्रतिक्रिया दे सकती है, " फेंग कहते हैं। "उदाहरण के लिए, एक फूल मिलीसेकंड में पराग को मुक्त कर सकता है। यह केवल ऐसा ही कर सकता है क्योंकि इसकी क्रियान्वयन तंत्र माइक्रोन पैमाने पर हैं।"

प्रकाश के साथ मुद्रण

यहां तक ​​कि बेहतर विवरण के साथ आकृति-स्मृति संरचनाओं को मुद्रित करने के लिए, फेंग और उनके सहयोगियों ने 3-डी मुद्रण प्रक्रिया का उपयोग किया, जिसे उन्होंने माइक्रोस्टेरोलिथोग्राफी कहा जाता है, जिसमें वे प्रोजेक्टर से प्रकाश का उपयोग राल की लगातार परतों पर पैटर्न प्रिंट करने के लिए करते हैं।

शोधकर्ता पहले कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके संरचना का एक मॉडल बनाते हैं, फिर मॉडल को सैकड़ों स्लाइस में विभाजित करते हैं, जिनमें से प्रत्येक प्रोजेक्टर के माध्यम से बिटमैप के रूप में भेजता है-एक छवि फ़ाइल प्रारूप जो प्रत्येक परत को प्रत्येक परत का प्रतिनिधित्व करता है बहुत बढ़िया पिक्सेल की व्यवस्था। प्रोजेक्टर फिर बिटमैप के पैटर्न में, तरल राल, या बहुलक समाधान पर प्रकाश को चमकता है, राल में पैटर्न को नक़्क़ाशी देता है, जो तब ठोस होता है।

फांग कहते हैं, "हम प्रकाश के साथ प्रकाश, परत से परत कर रहे हैं।" "यह लगभग दंत चिकित्सकों के दांतों की प्रतिकृतियां बनाते हैं और गुहा भरते हैं, सिवाय इसके कि हम इसे उच्च-रिज़ॉल्यूशन लेंस के साथ कर रहे हैं जो सेमीकंडक्टर उद्योग से आते हैं, जो हमें जटिल भागों देता है, जिसमें मानव बाल के व्यास की तुलना में आयाम होते हैं। "

इसके बाद शोधकर्ताओं ने वैज्ञानिक प्रकाश को देखा कि वे एक आकृति-स्मृति सामग्री बनाने के लिए पॉलिमर के आदर्श मिश्रण की पहचान करें, जिस पर उनके प्रकाश पैटर्न मुद्रित करें। उन्होंने दो बहुलक चुने, एक लंबे श्रृंखला वाले पॉलिमर, या स्पेगेटी जैसी स्ट्रैंड्स से बना, और दूसरा एक कठोर मचान के समान था। जब मिश्रित और ठीक हो जाते हैं, तो सामग्री को तोड़ने के बिना नाटकीय रूप से बढ़ाया जा सकता है।

और भी, सामग्री अपने मूल मुद्रित रूप में वापस एक विशिष्ट तापमान सीमा के भीतर उछाल सकती है-इस मामले में, 40 से 180 डिग्री सेल्सियस (104 से 356 डिग्री फ़ारेनहाइट) के बीच।

टीम ने कॉइल, फूल और लघु एफिल टावर समेत विभिन्न संरचनाओं को मुद्रित किया, जिनके पूर्ण आकार के समकक्ष अपने जटिल स्टील और बीम पैटर्न के लिए जाने जाते हैं। फेंग ने पाया कि संरचनाओं को तोड़ने के बिना उनकी मूल लंबाई तीन गुना तक बढ़ाया जा सकता है। जब वे 40 सी से 180 सी की सीमा के भीतर गर्मी के संपर्क में थे, तो वे सेकंड के भीतर अपने मूल आकार में वापस आ गए।

फेंग कहते हैं, "चूंकि हम अपने स्वयं के प्रिंटर का उपयोग कर रहे हैं जो बहुत छोटे पिक्सेल आकार की पेशकश करते हैं, हम सेकंड के क्रम में बहुत तेजी से प्रतिक्रिया देख रहे हैं।" "अगर हम छोटे आयामों को भी दबा सकते हैं, तो हम भी अपने प्रतिक्रिया समय को मिलीसेकंड में धक्का दे सकते हैं।"

सैन डिएगो में कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय में नैनो-इंजीनियरिंग के प्रोफेसर शाओचेन चेन कहते हैं, "यह पारंपरिक नोजल या स्याही जेट आधारित प्रिंटर की तुलना में एक बहुत ही उन्नत 3-डी प्रिंटिंग विधि है, जो शोध में शामिल नहीं था।" "विधि का मुख्य लाभ तेजी से प्रिंटिंग और बेहतर संरचनात्मक अखंडता है।"

ढीली पकड़

आकृति-स्मृति संरचनाओं के लिए एक सरल अनुप्रयोग का प्रदर्शन करने के लिए, फेंग और उनके सहयोगियों ने एक छोटे, रबड़, पंजे की तरह पकड़ने वाले चिपकने वाले मुद्रित किए। उन्होंने ग्रिपर के आधार पर एक पतली संभाल लगाई, फिर पकड़ने वाले पंजे खुले हुए। जब उन्होंने आसपास के हवा के तापमान को कम से कम 40 सी तक क्रैंक किया, तो ग्रिपर जो कुछ भी नीचे रखे इंजीनियरों के चारों ओर बंद हो गया।

फेंग कहते हैं, "ग्रिपर्स नरम सामग्रियों के साथ हेरफेर कैसे किया जा सकता है इसका एक अच्छा उदाहरण है।" "हमने दिखाया कि एक छोटा बोल्ट, और यहां तक ​​कि मछली के अंडे और मुलायम टोफू भी लेना संभव है। उस प्रकार की मुलायम पकड़ शायद बहुत ही अद्वितीय और फायदेमंद है।"

आगे बढ़ते हुए, वह उम्मीद करता है कि पॉलिमर के संयोजन को आकार-स्मृति सामग्री बनाने के लिए जो कम तापमान पर प्रतिक्रिया करता है, नरम, सक्रिय, नियंत्रित दवा वितरण कैप्सूल को डिजाइन करने के लिए मानव शरीर के तापमान की सीमा तक पहुंचता है। उनका कहना है कि सौर पैनलों को सूर्य को ट्रैक करने में मदद करने के लिए सामग्री को मुलायम, उत्तरदायी टिकाऊ के रूप में भी मुद्रित किया जा सकता है।

फांग कहते हैं, "अक्सर, सौर सेल के पीछे की तरफ अत्यधिक गर्मी का निर्माण होता है, ताकि आप सौर कोशिका के झुकाव कोण को ट्यून करने के लिए एक एक्ट्यूएशन तंत्र के रूप में (आकृति-स्मृति सामग्री) का उपयोग कर सकें।" "तो हम सोचते हैं कि शायद अधिक एप्लिकेशन होंगे जो हम प्रदर्शित कर सकते हैं।"

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