科学者は3D印刷技術を使用して自己誘導PEEKを開発します

グラスゴー大学が率いるエンジニアのチームは、3D印刷技術を使用して、ポリエーテルエーテルケトンまたはPEEKと呼ばれるプラスチックに新しい特性を追加しました。 この新しい軽量で耐衝撃性のあるプラスチック製の「ハニカム」構造は、損傷したときに感知でき、新しい「スマート」プロテーゼや医療用インプラントに使用できます。

非導電性材料を導電性材料に変換する

PEEKの機械的特性、高温、耐薬品性により、航空宇宙、自動車、石油およびガス分野の幅広いアプリケーションに適しています。チームは、マイクロサイズの炭素繊維をハニカムPEEK構造に追加し、この通常は非導電性の材料が構造全体に電荷を運ぶことを可能にしました。

彼らは、導電性ハニカムPEEK複合材料の損傷がその電気抵抗に影響を与えるかどうかを研究したいと考えていました。もしそうなら、それは新しい材料に「それ自体を知覚する」能力を与えることができます-例えば、股関節インプラントがその導電率が変化したときを報告することを可能にし、それが摩耗して交換する必要があることを示します。

さまざまなハニカムの組み合わせ

彼らのデザインの自己検知能力をテストするために、彼らは3D印刷を使用して、六角形構造、十字型キラル構造、および炭素繊維PEEK材料と従来の材料を使用した6面フォールドバックデザインの3つの異なるハニカム構造を作成しました。

次に、セル構造に2種類の負荷をかけ、それぞれのエネルギー吸収能力を比較します。圧搾試験では、構造が崩壊する前に一定の圧力が加えられます。炭素繊維PEEKの各設計は、より高い圧力に耐えることができる従来のPEEKの対応物よりも優れています。

ただし、衝撃試験では、重い物体が高さから構造物に落下すると、3つの炭素繊維PEEK構造物がより強い損傷耐性を示します。カーボンファイバーPEEKの六角形のハニカム構造は、最高の応答性を持ち、他のどの構造よりも大きな衝撃に耐えることができます。

破砕試験では、研究者らは、3つの異なる構造が歪んだときの電荷に対する炭素繊維PEEKハニカム構造の抵抗も測定しました。加えられたひずみ抵抗の変化（ピエゾ抵抗感度として知られる損傷の進行の尺度）は、圧縮ひずみが増加するにつれて減少します。構造が完全に押しつぶされると、抵抗はほぼ完全に失われます。さまざまな構成で観察されたさまざまな仕様係数は、エネルギーを吸収する能力に関連する損傷成長率に関連しています。これは、炭素繊維PEEKのピエゾ抵抗特性が、新世代のスマートで軽量な多機能構造の作成に役立つ可能性があることを示しています。

多くの産業における将来のアプリケーション

研究者によると、PEEKのユニークな特性は多くの産業部門にとって非常に貴重であり、3Dプリントで構築できる炭素繊維工学PEEKハニカムの構造がより多くの可能性を開くことを願っています。

3D印刷により、ハニカム構造の設計と密度を大幅に制御できます。股関節や膝関節置換術などの医療用インプラントに伝統的に使用されている固体金属合金と比較して、これにより、天然の骨の生理機能に近い材料を作成できる可能性があり、より快適で効果的なものになります。

私たちが開発したこれらのマイクロエンジニアリングされた軽量セルフセンシングPEEKのセルラーフォームが、義肢やその他の医療機器だけでなく、自動車設計、航空宇宙工学、石油などの幅広い分野で新しいアプリケーションを見つけることを願っています。およびガスセクター。