Biomimicking nacre-like structure to develop stiff and tough polymer composites by using multi-material 3D printing technology

For å oppnå spesifikke og høyytelsesfunksjoner, er avanserte multi-material kompositter nå mye brukt. Seighet-styrke kan opprettholdes ved å designe og utvikle kompositter med kontrollert mikrostruktur. Naturen har utviklet ulike teknikker og strukturer for å tilpasse seg ugunstige miljøer over tid. Nacre, ofte kjent som perlemor, er en naturlig kompositt som serverer en eksepsjonell kombinasjon av styrke, stivhet og seighet på grunn av den indre strukturen og kombinasjonen av harde og myke komponenter. Biomimetikk får nå mye oppmerksomhet i dag for å avsløre naturens hemmeligheter og replikere dem deretter. Fused filament fabrication (FFF)-basert 3D-utskriftsteknologi er nå fremme, og multi-material 3D-utskriftsteknologi forbedrer muligheten til å produsere kompleks geometri og mikrostruktur. I denne studien prøver man å oppnå balansen mellom stivhet og seighet ved å eksperimentere med fire forskjellige perlemor-lignende kompositter. Alle de nacre-lignende modellene er utformet basert på få hensyn som murstein-og-mørtel-struktur, sekskantet blodplatestørrelse, totalt antall harde lag og volumfraksjon av harde og myke materialer. En 3D-skriver med to munnstykker brukes til fremstillingsprosessen, og bruker TPU for det myke materialet og PLA for det harde materialet. I en murstein-og-mørtel-struktur viser prøven fra modell 2 som har 7 mm lange blodplater på innsiden og totalt 5 lag med PLA 14,68 MPa maksimal bøyespenning sammenlignet med alle andre modeller (Basismodell, modell 1, modell 3) med betydelig seighet . Bilder fra CT-skanning viser at sprekken ekspanderer over modell 2-prøven ikke-lineært og gjennom frigjøring av de sekskantede lagene