Inżynierowie University of New South Wales zademonstrowali sposób na to, aby plastik wydrukowany w 3D naprawiał się sam w temperaturze pokojowej. Do skutecznej „terapii” potrzebne jest tylko światło.
Naukowcy udowodnili, że dodanie specjalnego składnika do ciekłej żywicy używanej w procesie drukowania 3D, może później pomóc w szybkiej i łatwiej naprawie stworzonego obiektu. Naprawa popękanych fragmentów jest bardzo prosta. Wystarczy skierować światło standardowych diod LED na plastik przez około godzinę. Powoduje to reakcję chemiczną i stopienie dwóch uszkodzonych kawałków.
Cały proces sprawia, że naprawiony plastik jest jeszcze wytrzymalszy niż przed uszkodzeniem. Dzięki nowej technice zepsute części nie musiałyby być wyrzucane. Dlatego zespół ma nadzieję, że dalszy rozwój i komercjalizacja ich odkrycia przyczyni się do zmniejszenia ilości odpadów z tworzyw sztucznych w przyszłości.
Odkrycia dokonali profesor Cyrille Boyer i jego zespół, dr Nathaniel Corrigan i Michael Zhang z University of New South Wales School of Chemical Engineering. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Angewandte Chemie International Edition” (DOI: 10.1002/anie.202114111).
- Naszą technologię można zastosować w wielu miejscach, w których używa się materiałów polimerowych. Tak więc, jeśli jakiś element ulegnie awarii, można go naprawić bez konieczności wyrzucania go – mówi dr Corrigan. - Wynika z tego oczywista korzyść dla środowiska, ponieważ nie musimy ponownie syntetyzować zupełnie nowego materiału. Zwiększając żywotność plastiku, zmniejszymy ilość odpadów z tworzyw sztucznych – tłumaczy.
Specjalny składnik dodawany w procesie druku 3D to tritiowęglany używane w procesie polimeryzacji z odwracalnym addycyjno-fragmentacyjnym przeniesieniem łańcucha (RAFT). Związek ten umożliwia przegrupowanie nanoskopowej sieci elementów tworzących materiał i pozwala na stopienie jego połamanych kawałków. Jego aktywacja następuje po naświetleniu go promieniowaniem UV.
Eksperymenty na materiałach z drukarki 3D pokazują, że wytrzymałość samonaprawiającego się plastiku jest identyczna w porównaniu z pierwotnym, nieuszkodzonym stanem. Zespół przekonuje, że ich metoda naprawy jest lepsza i szybsza od wszystkich innych znanych współcześnie sposobów.
- Istnieją inne metody naprawy uszkodzonego plastiku. Ale polegają one na chemii termicznej i zazwyczaj potrzeba około 24 godzin i wielu cykli ogrzewania, aby osiągnąć ten sam wynik, co nasz sposób – przekonuje dr Corrigan. - Kolejnym ograniczeniem starych metod jest to, że potrzeba dużego „piekarnika”, a poszczególne elementy wymagające naprawy muszą być demontowane i przewożone. Dzięki naszemu systemowi możemy pozostawić uszkodzony plastik na swoim miejscu i oświetlić cały element – dodaje.
Profesor Boyer twierdzi, że nowa technologia może znaleźć zastosowanie w wielu specjalistycznych dziedzinach, w których potrzebne są zaawansowane komponenty powstające w drukarkach 3D.
Źródło: University of New South Wales, fot. CC BY 2.0/ Flickr/ Marco Verch
