اخبار

روشی جدید برای اندازه گیری دقیق سه بعدی پلیمر شدن یا بسپارش

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر تصویری سه بعدی از یک بخش کوچک از رزین پلیمریزه شده که در اطراف آن رزین مایع قرار دارد. محققان مرکز NIST با استفاده از روش رئولوژی جفت شده با تصویر رزونانسی (SCRPR) چگونگی تغییر ویژگی های مواد با زمان، حین انجام چاپ سه بعدی و فرایند پخت را بررسی کردند. روش انجام چاپ سه بعدی و فرایند تولید افزایشی تا کنون به طور دقیق مشخص نشده است.

رزین ها و سایر مواد که با نور واکنش می دهند و به پلیمر تبدیل می شوند، موادی هستند که بیشتر در چاپ سه بعدی مورد بررسی قرار می گیرند. این مواد برای چاپ قطعات مختلفی مانند مدل های معماری و یا حتی اعضای بدن انسان استفاده می شوند. با این وجود هنوز مشخص نیست در فرایند پخت دقیقا چه اتفاقی برای ویژگی های مکانیکی و جریان پذیری پلیمر در یک تک وکسل می افتد. وکسل یک واحد حجم سه بعدی است؛ معادل یک پیکسل در تصاویر دو بعدی.

در این پژوهش، محققان موسسه ی استاندارد و تکنولوژی آمریکا (NIST) میکروسکوپ اتمی روبشی جدیدی بر پایه ی تابش نور به نام رئولوژی نوری جفت شده با رزونانس (SCRPR) تهیه کرده اند که می تواند در طی زمان و در واحد حجمی کوچکی از ماده، اندازی گیری کند که کجا و چگونه ویژگی های یک ماده حین پخت تغییر می کند.

مهندس جیسون کیلگور ، محقق بخش مواد NIST بیان کرد: “ما مطالب جالب زیادی برای بیان داریم که در یک سخنرانی کوتاه کنفرانسی جای نمی گیرد.”

چاپ سه بعدی و یا تولید افزایشی برای مواد منعطف و یا تولید دقیق قطعات پیچیده بسیار مفید است ولی نمی توان با استفاده از این روش ویژگی های مواد را در مقیاس میکروسکوپی مورد بررسی قرار داد. از آن جایی که نرم افزار، قطعه را به لایه های نازک تبدیل می کند و قطعه ی مورد نظر به صورت لایه لایه چاپ می شود، ویژگی های قطعه ی چاپ شده شبیه به توده ی ماده ی اولیه نیست و ویژگی های قطعه ی نهایی بسیار به شرایط چاپ بستگی دارد.

روش جدیدی که محققان NIST ابداع کرده اند بررسی می کند که مواد چگونه در مقیاس کمتر از میکرون و در زمان کمتر از میلی-ثانیه شکل می گیرند. محققان می توانند از روش SCRPR برای اندازه گیری تغییرات در حین پخت استفاده کرده و داده ی مربوط به آن را جمع آوری کنند. از این طریق فرایند پخت و ویژگی های ماده ی نهایی را بهینه سازی کرد.

این روش جدید فناوری AFM را با استرئولیتوگرافی ترکیب کرده است. در این روش از نور برای الگوسازی بر روی مواد نور فعال استفاده می شود. این مواد می توانند هیدروژل ها و یا آکریلیک تقویت شده باشند. یک وکسل چاپ شده ممکن است به دلیل شدت متغیر نور و یا میزان نفوذ مولکول های فعال ناهموار باشد. تکنیک AFM می تواند این تغییرات سطحی را به خوبی نشان دهد. در روش NIST SCRPR پروب AFM به طور مداوم در تماس با نمونه است. محققان یک AFM تجاری را برای این کار مناسب سازی کرده اند. در این دستگاه، یک لیزر UV، برای آغاز پلیمریزاسیون، در نزدیکی مکانی که پروب AFM در حال روبش سطح است، قرار داده شده است.

این روش می تواند پارامتری را در یک منطقه از نمونه در طول زمانی مشخص اندازه گیری می کند. به طور خاص، این دستگاه فرکانس رزونانس (فرکانس بیشینه ی ارتعاش) و فاکتور کیفیت (معیاری از اتلاف انرژی) پروب دستگاه AFM را اندازه گیری می-کند. ایجاد تغییر در اندازه ی این عوامل نشان دهنده ی انجام فرایند پلیمریزاسیون است. برای تشخیص ویژگی های ماده ی در حال پخت نیاز است این داده ها با استفاده از روش های ریاضی مدل سازی شوند.

این روش با استفاده از دو ماده مورد بررسی قرار گرفت. یکی از این مواد یک فیلم پلیمری بود که در اثر تابش نور از حالت رابری به حالت شیشه ای تبدیل می شد. محققان دریافتند که فرایند پخت و ویژگی های آن به توان تابش و مدت زمان آن وابسته بوده و بسیار پیچیده است. به همین دلیل نیاز است از روش های اندازه گیری با وضوح بالا استفاده شود. ماده ی دوم یک رزین تجاری مناسب برای چاپ سه بعدی بود که در ۱۲ میلی ثانیه از مایع به جامد تبدیل می شد. افزایش در فرکانس رزونانس نشان دهنده ی انجام فرایند پلیمریزاسیون و افزایش میزان الستیسیته رزین در حال پخت است. بنابراین محققان از ابزار AFM برای ایجاد تصویری سه بعدی از یک تک وکسل پلیمرایز شده استفاده کردند.

روش ابداع شده توسط محققان NIST برای پژوهشگران دیگر بسیار جالب بوده و با استفاده از این روش در حال بررسی ویژگی-های مختلف مواد در چاپ سه بعدی هستند. شرکت های فعال در زمینه ی پوشش، اپتیک و تولید افزودنی ها استقبال زیادی از این روش برای بررسی ویژگی های محصولات خود خواهند کرد.

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا