แม้ว่าวัสดุที่แข็งและน้ำหนักเบาจะมีความจำเป็นในการใช้งานจำนวนมาก (ตัวอย่างบนเครื่องบินและวัสดุทางการแพทย์เป็นเพียงสองตัวอย่าง) แต่ก็มีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลาในการผลิต ทีมนักวิจัยที่ ETH Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ได้แรงบันดาลใจจากวัสดุชีวภาพที่มีน้ำหนักเบาและทนทาน เช่น ใยแมงมุม กระดูก และไม้ เกิดรูปแบบตามธรรมชาติ ไปจนถึงโครงสร้างผลึกเหลว-คริสตัล-
พอลิเมอร์ที่พิมพ์ 3 มิติ ด้วยคุณสมบัติที่เทียบ
ได้กับคอมโพสิตน้ำหนักเบาที่มีประสิทธิภาพสูง วัสดุรอบวันนี้.วัสดุธรรมชาติ เช่น ใยแมงมุม กระดูก และไม้ มีโครงสร้างหลายขนาดที่ซับซ้อนและสวยงามซึ่งเกิดขึ้นจากการประกอบตัวเองโดยตรง ทีมวัสดุที่ ซับซ้อนและ วัสดุ อ่อนนุ่มที่ ETH อธิบาย ตัวอย่างเช่น ใยแมงมุมก่อตัวขึ้นด้วยการจัดตำแหน่งของโปรตีนไหมตามทิศทางของเส้นใย
โมเลกุลรวมตัวกันเป็นโดเมนที่มีทิศทางสูง”เราทำซ้ำการจัดตำแหน่งสูงนี้ (ซึ่งปกติแล้วจะมีการเข้ารหัสภายในโครงสร้างโมเลกุลของหน่วยการสร้างที่หลั่งออกมาจากเซลล์ที่มีชีวิตที่สร้างเนื้อเยื่อ) โดยการอัดพอลิเมอร์ผลึกเหลวเทอร์โมโทรปิก (“Vectra A950”) จากหัวฉีดแบบหลอมละลาย (FDM) FDM เป็นอีกวิธีหนึ่งในการพิมพ์ 3 มิติ และกำลังถูกขนานนามว่าเป็นอนาคตของการผลิต โครงสร้างที่เราผลิตขึ้นมีคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมในทิศทางที่วางไว้” คุณสมบัติเหล่านี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุล LCP รวมตัวกันเป็นโดเมนที่มีทิศทางสูงในระหว่างขั้นตอนการอัดรีด
จากนั้นการวางแนวโดเมนโมเลกุลเหล่านี้ตามเส้นทางที่มีการพิมพ์โครงสร้าง นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถเสริมโครงสร้างพอลิเมอร์ไปในทิศทางที่ใช้แรงทางกล “หลักการออกแบบดังกล่าวได้รับแรงบันดาลใจจากความสามารถของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต เช่น กระดูก ในการฝากเฟสแร่ธาตุตามเส้นความเครียดที่พัฒนาไปทั่วทั้งโครงสร้างเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ระหว่างการเจริญเติบโตของกระดูก” พวกเขาอธิบาย “สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่ากฎของวูลฟ์”
ความแข็งและความแข็งแรงสูง
“แท้จริงแล้ว ความแข็งและความแข็งแรง (สูงถึง 400 MPa) ของลามิเนตที่พิมพ์ออกมาของเรานั้นอยู่ไม่ไกลจากพอลิเมอร์ที่เสริมใยคาร์บอนด้วยการเพิ่มโบนัสของการรีไซเคิลได้ เราสามารถผลิตความซับซ้อนของโครงสร้างแบบลำดับชั้นและรูปร่างเฉพาะแอปพลิเคชันในระดับที่ไม่มีใครเทียบได้ ต้องขอบคุณวิธีการทำงานของการพิมพ์ 3 มิติของเรา และในทางตรงกันข้ามกับชิ้นส่วนโพลีเมอร์ที่พิมพ์ด้วย FDM แบบธรรมดา เราสามารถออกแบบสถาปัตยกรรมฟิลาเมนต์แบบแอนไอโซทรอปิกของเราเพื่อให้มีความแข็งและแข็งแกร่งกว่าวัสดุพอลิเมอร์ที่ดีที่สุดที่รู้จัก”
“เราคาดว่าเทคโนโลยีของเราจะเป็นตัวเปลี่ยนเกมในการใช้งานเชิงโครงสร้าง ชีวการแพทย์ และการเก็บเกี่ยวพลังงานที่หลากหลาย โดยใช้วัสดุน้ำหนักเบาเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง ให้การเชื่อมต่อกับเนื้อเยื่อชีวภาพได้ดีขึ้น หรือเพิ่มอายุยืนและความยั่งยืนของส่วนประกอบโครงสร้าง” นักวิจัย บอกฟิสิกส์โลก “เนื่องจากเราทำการทดลองโดยใช้พอลิเมอร์ที่หาซื้อได้ง่ายและเครื่องพิมพ์ 3 มิติบนเดสก์ท็อปเชิงพาณิชย์ เราจึงได้แสดงให้เห็นด้วยว่าเทคนิคนี้อาจถูกทำซ้ำโดยใครก็ตามในสาขาการวิจัยนี้”
ทีมงานรายงานการทำงานในNature 10.1038 / s41586-018-0474-7ว่าขณะนี้กำลังยุ่งอยู่กับการพัฒนาส่วนประกอบโครงสร้างโดยใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง
วิศวกรของมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย ( UBC ) ได้พัฒนาและประดิษฐ์เครื่องแปลงสัญญาณอัลตราซาวนด์แบบใหม่ที่สามารถลดต้นทุนของเครื่องสแกนอัลตราซาวนด์ให้เหลือเพียง 100 เหรียญ อุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตรของพวกเขาเป็นแบบพกพา สามารถขับเคลื่อนโดยสมาร์ทโฟน และสามารถปูทางสำหรับการสร้างอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ที่สวมใส่ได้
เครื่องสแกนอัลตราซาวนด์ทั่วไปใช้คริสตัล
เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างภาพ ทีมงาน UBC ได้เปลี่ยนผลึกเพียโซอิเล็กทริกด้วยกลองสั่นสะเทือนขนาดเล็กที่ทำจากพอลิเมอร์เรซิน เรียกว่า polyCMUTs (เครื่องแปลงสัญญาณอัลตราซาวนด์แบบไมโครแมชชีนแบบโพลิเมอร์ capacitive) CMUTs แสดงให้เห็นถึงข้อดีบางประการเหนือคู่แข่งแบบเพียโซอิเล็กทริก เช่น แบนด์วิดธ์ที่กว้างขึ้น การผสานรวมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ดีขึ้น และความง่ายในการสร้างอาร์เรย์ขนาดใหญ่ การใช้โพลีเมอร์ราคาไม่แพงในขณะเดียวกันก็ช่วยลดต้นทุนการผลิต
“กลองทรานสดิวเซอร์มักทำมาจากวัสดุซิลิกอนที่แข็งซึ่งต้องใช้กระบวนการผลิตที่ควบคุมด้วยสิ่งแวดล้อมที่มีราคาแพง และสิ่งนี้ขัดขวางการใช้งานในอัลตราซาวนด์” ผู้เขียนนำ Carlos Gerardo ผู้สมัครระดับปริญญาเอกของ UBC อธิบาย “ด้วยการใช้พอลิเมอร์เรซิน เราสามารถผลิต polyCMUT ได้ในขั้นตอนการผลิตที่น้อยลง โดยใช้อุปกรณ์จำนวนน้อยที่สุด ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก”
เพื่อทดสอบเทคโนโลยีของพวกเขา Gerardo และเพื่อนร่วมงานใช้อาร์เรย์ polyCMUT 64 องค์ประกอบเพื่อสร้างภาพหลอนที่ทำจากลวดอลูมิเนียม 12 เส้นในถังน้ำมันแร่ ภาพโหมด B ที่สร้างขึ้นแสดงให้เห็นว่าสายไฟทั้งหมดสามารถระบุได้ลึกถึง 85 มม. สำหรับสายไฟห้าเส้นแรก (ลงไปที่ความลึก 50 มม.) ความกว้างเต็มที่ที่ครึ่งสูงสุดเผยให้เห็นความละเอียดด้านข้างได้ดีกว่า 1.5 มม.
ผู้เขียนร่วม Edmond Cretu กล่าวว่า Sonograms ที่ผลิตโดยอุปกรณ์ UBC มีความคมชัดหรือมีรายละเอียดมากกว่า sonograms แบบดั้งเดิมที่ผลิตโดยเครื่องแปลงสัญญาณ piezoelectric “เนื่องจากทรานสดิวเซอร์ของเราต้องการพลังงานเพียง 10 โวลต์ จึงสามารถใช้พลังงานจากสมาร์ทโฟน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสถานที่ห่างไกลหรือใช้พลังงานต่ำ” เขากล่าวเสริม “และแตกต่างจากโพรบอัลตราซาวนด์แบบแข็ง ทรานสดิวเซอร์ของเรามีศักยภาพที่จะสร้างเป็นวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งสามารถพันรอบร่างกายเพื่อการสแกนที่ง่ายขึ้นและมุมมองที่ละเอียดมากขึ้น โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอย่างมาก”
ผู้เขียนทราบว่าเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพที่จะขยายไปสู่พื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ เพื่อสร้างระบบตรวจสอบสุขภาพที่สอดคล้องและสวมใส่ได้ ข้อดีอีกประการหนึ่งคืออุณหภูมิในการประมวลผลสูงสุดคือ 150 °C ซึ่งอาจทำให้สามารถประดิษฐ์ polyCMUTs ได้โดยตรงบนวัสดุพิมพ์ที่มีส่วนประกอบที่มีอยู่ก่อนแล้ว
ขั้นตอนต่อไปในการวิจัยคือการพัฒนาต้นแบบที่หลากหลายและในที่สุดก็จะทดสอบอุปกรณ์ในการใช้งานทางคลินิก “คุณสามารถย่อขนาดทรานสดิวเซอร์เหล่านี้และใช้เพื่อตรวจดูภายในหลอดเลือดแดงและเส้นเลือดของคุณได้ คุณสามารถติดไว้บนหน้าอกของคุณและติดตามหัวใจของคุณอย่างต่อเนื่องในชีวิตประจำวันของคุณ มันเปิดโอกาสต่างๆ มากมาย” Robert Rohling ผู้เขียนร่วมกล่าว
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์
