I RICERCATORI SVILUPPANO MATERIALE INFRANGIBILE ISPIRATO ALLA RAGNATELA STAMPATO IN 3D
Un team di ricercatori canadesi del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Polytechnique Montréal ha utilizzato la stampa 3D per progettare un tessuto in grado di assorbire fino al 96% dell’impatto senza rompersi.
Il team si è ispirato alle proprietà naturali delle ragnatele per creare coperture durevoli stampate in 3D per telefoni e altri dispositivi tecnologici fragili riscaldando il policarbonato (PC) per creare un adesivo. Il filamento PC è stato scelto a causa della sua bassa viscosità quando estruso da una stampante 3D Fused Filament Fabrication (FFF).
In futuro, il materiale stampato in 3D potrebbe essere utilizzato per creare vetri antiproiettile o addirittura applicato in aeronautica come rivestimento protettivo per i motori degli aerei.
I ricercatori hanno riscaldato il Policarbonato per creare il materiale, poiché quando il polimero viene riscaldato si forma in un adesivo appiccicoso simile al miele , che può essere utilizzato per replicare le proprietà trovate nelle ragnatele. Il team ha voluto ricreare queste proprietà per le loro capacità di assorbimento degli urti, dimostrate resistendo all’impatto della preda.
Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D IFFF (Fused Filament Fabrication) assistita da instabilità per creare il materiale stampato in 3D trasparente e che assorbe gli urti. Nel processo IFFF, il PC viene parzialmente fuso e quindi estruso rapidamente sulla piattaforma di stampa.
Il team del professor Frédérick Gosselin ha riscaldato il PC e “intrecciato” una serie di fibre di spessore inferiore a 2 mm. Il processo è stato ripetuto e diverse fibre sono state stampate in 3D con un angolo di 90 ° fino a quando l’intero “nastro” non si è solidificato. Durante il processo, la plastica fusa crea cerchi per formare una sequenza di anelli. Secondo il professor Gosselin, gli anelli si trasformeranno in collegamenti sacrificali, che sono legami rimovibili dopo la stampa, per dare alla fibra una forza aggiuntiva.
Ha aggiunto: “Quando si verifica un impatto, quei collegamenti sacrificali assorbono energia e si rompono per mantenere l’integrità complessiva della fibra, simile alle proteine della seta”.
Lo studio mira a sviluppare un meccanismo su scala microscopica per creare una nuova fibra che assorbe gli urti in grado di rilasciare grandi quantità di energia senza rompersi.
A tal fine, il rapporto ha studiato come si comportavano le fibre del materiale quando si intrecciavano. Sono stati effettuati test di impatto per vedere se l’incorporamento del materiale stampato in 3D in una lastra di vetro ne impedirebbe la frantumazione. I risultati hanno mostrato che invece di frantumarsi, il materiale si deformerebbe in alcuni punti ma la forma complessiva dei wafer di plastica rimarrebbe intatta.
La finta ragnatela è stata ulteriormente messa alla prova quando la squadra ha voluto vedere se poteva prendere una palla da baseball in caduta libera. La palla da baseball da 500 g è stata fatta cadere da un’altezza di 66 cm su un tester di impatto con freccette.
Il test ha evidenziato l’impatto della palla da baseball quando è entrata in contatto con il materiale. Sotto l’impatto, l’energia cinetica della palla da baseball è stata in gran parte dissipata dalla rottura dei legami sacrificali e dal dispiegarsi delle loro lunghezze nascoste. I risultati hanno mostrato lo stesso meccanismo di dissipazione dell’energia trovato nelle ragnatele.
Ulteriori dettagli di questo studio possono essere trovati nell’articolo intitolato “Composito ispirato alla ragnatela, trasparente, che assorbe gli impatti ” , pubblicato sulla rivista Cell Reports Physical Science. È coautore dei professori Frédérick Gosselin, Daniel Therriault e del dottorando Shibo Zou.
