Alcuni ricercatori dell’Università di Lamar sviluppano dei materiali auto-curativi stampati in 3D per ridurre i rifiuti

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Un team di ricercatori della Lamar University in Texas, guidato dal professore assistente Dr. Keivan Davami, ha recentemente sviluppato un materiale autorigenerante utilizzando l’avanzata tecnologia di stampa 3D SLA, che ha tutti i tipi di applicazioni, dalla riparazione delle suole delle scarpe e degli schermi dei cellulari alla cartilagine . Esponendo il materiale alla luce UV, è in grado di “auto-ripararsi autonomamente”, e i ricercatori ritengono che potrebbe aiutare a ridurre la quantità di rifiuti generati quando un materiale è danneggiato – se può guarire da solo, il danno può essere riparato senza sprechi.

Il Dott. Davami, che è anche il direttore del gruppo di produzione Nano-Micro-Macro dell’università, e il suo gruppo hanno pubblicato un rapporto sul loro lavoro, intitolato ” Strutture autonome di produzione additiva con serbatoi di agenti di guarigione incorporati “, in rapporti scientifici ; i coautori sono Mehrdad Mohsenizadeh, Morgan Mitcham, Praveen Damasus, Quintin Williams e Michael Munther.

” I materiali autoriparanti con la capacità di ripristinare parzialmente o completamente le loro proprietà meccaniche curando il danno loro inflitto hanno un grande potenziale per le applicazioni in cui non vi è alcuno o solo accesso limitato disponibile per condurre una riparazione”, hanno scritto i ricercatori. “Qui, dimostriamo un nuovo design di ispirazione bio per i materiali autoriparanti, dove le cellule unitarie incorporate nella struttura sono riempite con una resina induribile agli UV e fungono da serbatoi per l’agente autorigenerante. Il suo design rende possibile la ripetuta guarigione del danno meccanico . Quando una crepa si propaga e raggiunge uno di questi serbatoi integrati, l’agente di guarigione viene rilasciato nel piano della fessura attraverso l’azione capillare e dopo la polimerizzazione attraverso i raggi UVesposizione leggera, lega le facce crepate. Le strutture qui sono state fabbricate usando una tecnica di stereolitografia mediante una deposizione strato-a-strato del materiale. “Intrappolamento di resina” come tecnica di integrazione unica è sviluppata per la prima volta per espandere la capacità della tecnica di produzione additiva per la creazione di componenti con funzionalità più ampie. I materiali autoriparanti sono stati fabbricati in un unico passaggio senza necessità di alcuno stadio sequenziale, ovvero riempendo il serbatoio con l’agente di guarigione, in contrasto con i materiali autoriparanti precedentemente riportati. Test meccanici multiscala come la nanoindentazione e la flessione a tre punti confermano l’efficienza del nostro metodo. “

Il materiale del team è stato ispirato dalla natura: la resina cicatrizzante viene intrappolata all’interno del materiale attraverso una serie di serbatoi e viene rilasciata solo quando si verifica una frattura. Suona familiare? È paragonabile alle reti di sangue microvascolare nella nostra pelle che, quando ferite, aiutano a ripristinare i nostri tessuti. Solo in questo caso, invece del sangue che arriva fino alla superficie di un infortunio, l’azione capillare consente alla resina sensibile ai raggi UV di fuoriuscire, in modo che venga utilizzata solo la quantità necessaria per riparare danni isolati.
Come una storia nel New Atlas ha spiegato, “Finché quegli oggetti rimangono intatti, il liquido rimane contenuto. Se la resina polimerizzata viene incrinata, tuttavia, l’azione capillare estrae parte della resina liquida. Una volta esposta rapidamente a una sorgente di luce UV artificiale, la resina liquida polimerizza e sigillando la fessura. “

Secondo l’università , non sarà necessario alcun intervento se non una breve esposizione ai raggi UV per riparare qualsiasi danno causato dal materiale, a causa della “funzionalità autonoma del meccanismo di auto-guarigione”. L’esposizione alla luce UV può essere fatta a distanza, sarà particolarmente utile quando si tratta di componenti del dispositivo che sono difficili da raggiungere.

I potenziali benefici di questo materiale stampabile 3D autoriparante sono di vasta portata – sarebbe molto più rapido utilizzare il materiale per riparare oggetti di uso quotidiano che possono essere facilmente danneggiati, come componenti di dispositivi, occhiali e strumenti. Inoltre, se vengono effettuati più articoli con questo tipo di meccanismo di autoriparazione, la quantità di rifiuti consegnati alle discariche a causa di prodotti rotti sarebbe drasticamente ridotta.
Per il loro articolo, il gruppo di ricerca del Dr. Davami ha fabbricato campioni di prova del loro materiale, che sono stati progettati in SOLIDWORKS, sulla stampante 3D SLA Formlabs Form 2. Ora stanno lavorando per sviluppare ulteriormente la tecnologia, con l’obiettivo di ridurre la quantità di energia luminosa necessaria per provocare l’auto-guarigione. Ciò significherebbe che l’intervento umano non sarebbe necessario e l’autoriparazione potrebbe avvenire solo con sorgenti UV ambientali, come la luce solare.

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