Gli scienziati utilizzano la tecnologia di stampa 3D per sviluppare il PEEK autorilevamento

Un team di ingegneri guidato dall'Università di Glasgow ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D per aggiungere nuove proprietà a una plastica chiamata polieteretherketone o PEEK. Questa nuova struttura "a nido d'ape" in plastica leggera e resistente agli urti può percepire quando è danneggiata e può essere utilizzata in nuove protesi "intelligenti" e impianti medici.

Convertire materiali non conduttivi in materiali conduttivi

Le proprietà meccaniche, le alte temperature e la resistenza chimica di PEEK lo rendono adatto a una vasta gamma di applicazioni nei settori aerospaziale, automobilistico, petrolifero e del gas. Il team ha aggiunto fibre di carbonio di dimensioni micro alla sua struttura PEEK a nido d'ape, consentendo a questo materiale normalmente non conduttivo di trasportare cariche elettriche in tutta la sua struttura.

Volevano studiare se i danni al materiale composito PEEK a nido d'ape conduttivo avrebbero influito sulla sua resistenza elettrica. In tal caso, può dare al nuovo materiale la possibilità di "percepire se stesso", ad esempio consentendo a un impianto dell'anca di segnalare quando la sua conduttività è cambiata, indicando che si è consumato e deve essere sostituito.

Diverse combinazioni di nido d'ape

Al fine di testare la capacità di autorilevamento del loro design, hanno utilizzato la stampa 3D per creare tre diverse strutture a nido d'ape: struttura esagonale, struttura chirale a forma di croce e design foldback a sei lati utilizzando materiale PEEK in fibra di carbonio e materiali tradizionali.

Quindi, mettono la struttura cellulare sotto due tipi di carichi per confrontare le rispettive capacità di assorbimento di energia. Nel test di compressione, viene applicata una pressione costante prima che la struttura collassi. Ogni design peek in fibra di carbonio supera le sue tradizionali controparti PEEK, che possono resistere a pressioni più elevate.

Tuttavia, nel test di impatto, quando un oggetto pesante cade sulla struttura da un'altezza, le tre strutture PEEK in fibra di carbonio mostrano una maggiore resistenza ai danni. La struttura esagonale a nido d'ape della fibra di carbonio PEEK ha la migliore risposta e può resistere a un impatto maggiore di qualsiasi altro.

Nel test di schiacciamento, i ricercatori hanno anche misurato la resistenza della struttura a nido d'ape PEEK in fibra di carbonio alle cariche elettriche quando tre diverse strutture erano tese. La variazione della resistenza alla deformazione applicata, una misura della progressione del danno nota come sensibilità piezoresistiva, diminuisce con l'aumentare della deformazione compressiva. Quando la struttura è completamente schiacciata, la resistenza è quasi completamente persa. I diversi fattori di specifica osservati per le diverse configurazioni sono correlati al tasso di crescita dei danni legato alla loro capacità di assorbire energia, il che indica che le proprietà piezoresitive della fibra di carbonio PEEK possono aiutare a creare una nuova generazione di strutture multifunzionali leggere intelligenti.

Applicazioni future in molti settori

I ricercatori affermano che le proprietà uniche del PEEK lo rendono inestimabile per molti settori industriali e speriamo che la struttura dell'ingegneria della fibra di carbonio PEEK a nido d'ape che possiamo costruire attraverso la stampa 3D apra più possibilità.

La stampa 3D ci consente di controllare notevolmente il design e la densità della struttura a nido d'ape. Rispetto alle leghe metalliche solide tradizionalmente utilizzate per impianti medici come sostituzioni dell'anca o del ginocchio, questo può permetterci di creare materiali più vicini alla fisiologia delle ossa naturali, che possono renderle più confortevoli ed efficaci .