Bilim İnsanları Kelimenin Tam Anlamıyla Metal Yetiştiriyor

Bilim İnsanları Kelimenin Tam Anlamıyla Metal Yetiştiriyor

Bu yazıyı okuduğunuzda öğrenecekleriniz şunlardır:

• En bilinen ve en ince detaylara sahip 3D baskı türlerinden biri olan "hazne fotopolimerizasyonu" (vat photopolymerization), ışığı kullanarak ışığa duyarlı reçineden yapılar oluşturur.

• Yeni bir çalışma, bu teknolojiden yararlanarak, geleneksel yöntemlerle üretilenlere kıyasla 20 kat daha güçlü 3D baskı metal yapılar yaratmanın bir yolunu buldu.

• Bu yeni süreç, önce "boş" bir kafes yapısı oluşturmak için hidrojel kullanıyor; ardından, hidrojel çıkarılmadan önce bu yapının üzerinde metal "yetiştiriyor".

3D baskı, bir şeyleri üretme biçimimizde devrim yaratmış olsa da, aslında yeni nesil üretim yöntemlerini kapsayan bir şemsiye terimdir. Örneğin çoğumuz, eriyik yığma modelleme (FDM) yöntemiyle—ki bu yöntemde dışarı püskürtülen malzeme (çoğu ev tipi kurulumda genellikle bir tür plastiktir) kullanılarak her türlü nesne katman katman inşa edilebilir—en azından yüzeysel düzeyde de olsa uğraşmış, garajında deneyler yapan bir tamirat meraklısını tanırız.

Ancak, toz yataklı kaynaştırma, tabaka laminasyonu ve doğrudan enerji biriktirme gibi teknikleri içeren ve topluca "eklemeli imalat" (AM) olarak bilinen bir yöntemler grubu da mevcuttur.

Fakat belki de en ilgi çekici AM tekniği, "hazne fotopolimerizasyonu" veya kısaca VP olarak adlandırılan fikirdir. Bu süreçte genellikle, lazerlere veya ultraviyole ışığa maruz kaldığında katılaşan, ışığa tepkime veren bir reçine kullanılır. FDM kadar basit olmasa da, hazne fotopolimerizasyonu daha karmaşık yapılar oluşturabilir; bu da elektrikli bataryalar ve depolama teknolojilerindeki katalizörler gibi karmaşık bileşenler için hayati önem taşıyabilir.

Ancak bu bileşenler genellikle metal malzemeler gerektirir; metal kullanımı ise genellikle VP yönteminin zayıf karnı olarak kabul edilir. VP, büzülmeye meyilli, gözenekli yapılar oluşturma eğilimindedir; bu durum da malzemenin şeklinin bozulmasına ve genel dayanıklılığının olumsuz etkilenmesine yol açar.

Ancak şimdi, İsviçre'deki Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bünyesindeki bilim insanları, bu yapısal eksikliği gideren bir yöntemde ustalaştılar ve geleneksel 3D baskı yöntemleriyle üretilenlere kıyasla 20 kat daha güçlü bir metali, kelimenin tam anlamıyla "yetiştirdiler". Bu çalışmanın sonuçları, Advanced Materials dergisinde bir araştırma makalesi olarak yayımlandı.

Bu etkileyici başarıyı gerçekleştirebilmek için bilim insanları, ilk olarak hidrojelden oluşan bir kafes yapısını 3D baskı yöntemiyle ürettiler. Daha sonra, bu yapıyı metal tuzlarına batırdılar ve küçük metal içeren nanopartiküller yapının her yerine yayıldı. Araştırma ekibi daha sonra bu işlemi beş ila on kez tekrarlayarak yüksek metal içeriğine sahip bir yapı oluşturdu.

Son olarak, hidrojeli ısıtma yoluyla uzaklaştırdılar ve geriye yoğun ve (en önemlisi) güçlü bir metalik yapı bıraktılar. Yazarlar, bu yeni tür sıvı fotopolimerizasyonunun hem mukavemeti artırabileceğini hem de büzülmeyi önemli ölçüde azaltabileceğini tahmin ediyorlar.

Çalışmanın kıdemli yazarlarından Daryl Yee, basın açıklamasında, “Çalışmamız sadece erişilebilir, düşük maliyetli bir 3D baskı işlemiyle yüksek kaliteli metallerin ve seramiklerin üretilmesini sağlamakla kalmıyor; aynı zamanda malzeme seçiminin 3D baskıdan önce değil, sonra gerçekleştiği yeni bir eklemeli üretim paradigmasını da vurguluyor” dedi.

Şimdi geriye sadece bir engel daha kaldı: zaman. Bu işlem birkaç “infüzyon” adımı gerektirdiğinden, bu “yetiştirilmiş” metal yapıların oluşturulması diğer geleneksel yöntemlerden daha fazla zaman alıyor ve bu da onları potansiyel endüstrilere satmayı zorlaştırıyor. Yee basın açıklamasında, "Bu adımları otomatikleştirmek için bir robot kullanarak toplam işlem süresini kısaltmak üzerinde zaten çalışıyoruz" dedi.

Kaynak: PM