Metal bileşenlerin korozyonu, havacılıktan sivil altyapıya kadar uzanan endüstrilerde varoluşsal bir meydan okuma oluşturuyor. Her yıl, korozyon küresel ekonomiyi 2,5 trilyon dolara mal oluyor, NACE International'a göre, bu kaybın önemli bir kısmı hızla kaplamalar, metalik kaplamalar ve dönüşüm katmanları – biyolojik olarak çatlaklar, çizilme veya delaminasyonlar ve klorlamalar için temel metalleri nemlendirmeye maruz bırakıyor.
4D baskı, zaman boyutunu ekleyerek geleneksel 3D baskıyı genişletir, baskılı nesneleri değiştirmek için baskıya, özellikleri veya ısıya yanıt vermede işlev, nems, UV ışığı veya pH.Bu makaleye uygulanan bir baskılı film, sadece bir çatlakları veya çizerek, korozyona karşı baskıcıları dağıtmaya veya hatta bir şekilde baskıya neden olan bir şekilde baskıya neden olan bir baskıya yol açan bir şekilde yeniden tasarlanabilir.
4D Printing Technology
Konvansiyonel 3D baskı, polimerlerden, metallerden veya seramiklerden gelen plakaları inşa eder, ancak ortaya çıkan parçalar statikdir - geometri ve özellikleri baskıdan sonra sabitlenir. 4D baskı dördüncü boyutta bir değişiklik ortaya koyar: Bu, uzun süre baskı ile baskı yaparak elde edilir (ayrıca, kimyasal aktivitede bir değişiklik olarak adlandırılır).
4D baskının anahtarı, basılı yapıdaki malzemenin anisotropic düzenlemesidir. Örneğin, bir form-memory polimer filament, baskı sürecinde “parlak olan” iç streslerle yazdırılabilir.Bölüm daha sonra cam geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında, bu stresler kendiliğinden bir programlanmış bir şekilde geri dönmemize neden olur.
Gelişmiş 4D baskı sistemleri şimdi hassas desenlerde farklı malzemeler depolamak için çok sayıda baskı kafalarını kullanıyor, örneğin, bir kaplama, su ingress ve iç tabakaya direnen bir pH-resif hidrogel içeren bir hidrojekte edici kaplama ile yazdırılabilir.
Kendi kendini kınayan ürünler: Mechanisms and Type
Dinamik ve intrinsic.ETHFLT:0)Ekstrinler (Dönetici) ile, bir polimer filmi oluşturmak için çevrede ayrı ayrı ayrı ayrı ayrıklığa yol açan bir polimerler içerir.
Extrinsic sistemler korozyon koruması için daha yaygın olarak incelenir. Ortak şifa ajanları, kuru yağları (örneğin, polithane, polimer öncüleri (örneğin, çatlaklar) ve korozyon inhibitörleri (örneğin, benzotriazole). mikrokapsular genellikle 10-100 μm uzunluğundaki ve birden çok kez daha iyi bir yığınlama işlemine ihtiyaç duyan bir kapsül veya siperdelikler.
Intrinsic sistemler tekrarlanabilir şifa sunar, ancak sık sık dış bir tetikleyici gerektirir (sık, ışık veya baskı) bağ geri dönüşümleri etkinleştirir. korozyon koruması için, meydan okuma, iki çatlakların ilk önce kutlama boşlukları kullanarak, fikre (bir gerçek dünya kaplaması) ve sonra sık sık sık sık sık sık sık sık dokunur. Son çalışma, kimyasal arayüzün kimyasal olarak kimyasal maddelere iyileştirici mekanizmaları kullanarak, örneğin, sişik bir polimer kaplamayı kullanarak, çatlakları kullanarak, çatlakları kullanarak kapatmalıdır.
4D Printing in Development Self-Healing Kaplamaları
4D baskı, geleneksel öz-healing kaplamaları ile karşı karşıya kalan birçok sınırlamayı doğrudan ele alır. Birincisi, çatlakların tam olarak iyileşme ajanlar ve duyarlı malzemelere yerleştirilmesini sağlar. Mikrokapsule bazlı kaplamalarda, kapsüller genellikle kaplama matrisleri boyunca rastgele dağıtılır.Bu, kapatmaz, çok aşamalı iyileşme sağlar.
Malzeme Programlama ve Stimuli Yanıt
4D'nin temel inovasyonu, baskı sürecinde malzemenin tepkisini programlamada yatıyor. Form-memory polimerleri (SMPs) en umut verici malzemeden biridir. Bir SMP kaplama, bir araya gelen çatlaklarla birlikte geçici bir “kırıklama” şeklinde yazdırılabilir.Bu, MIT'de yapılan gerçek bir çatlaklarla %90'a kadar kapalı olan boşluğu azaltılabilir.
Başka bir yaklaşım, swell'in ne kadar nemlere cevap verdiği hidrogelleri kullanır. Örneğin, jel içinde hidroelektrik içeren bir kaplama, kaplamanın çizildiği ve deniz suyunun nüfuz ettiği zaman suyu absorbe edebilir.Seks duvarlarına baskı uygular ve aynı anda inşa edilmiş bir korozyon inhibitörü (örneğin, jel içinde yapılan bir kaplama).
Son araştırmalar ayrıca sıvı metal damlacıkları içeren basılı kaplamaları da araştırmıştır. Bir çatlaklar kaplama yoluyla kırıldığında, damlacıklar ve sıvı metal (örneğin, bir galium-indium alaşımı) çatlakları içine taşır, sadece çatlakları mühürler sağlar, aynı zamanda katodik koruma sağlar.
4D Self-Healing Kaplamalar için Anahtar Malzemeler
Malzeme seçimi kritiktir. ana kategoriler şunlardır:
- [FONT=0)Shape-Memory Polimerleri (SMPs)[Dönetici:0))Temple, (Tg) bir cam geçiş sıcaklığı (Tg) ile, ısıtıldığında son gelişmeler SMP'ler SMP'ler üreterek programlanabilir.
- [FONT:0]Hydrogels [[Dönetici: 1 ) – Poly(acrylic asit) veya poliacrylamid hidrogels suyunda swell'in özellikle de sudaki kaplamalar için yararlı olduklarını.
- [FONT:0)Mikrokapsules[[[DÜT:1) – Küçük kapsüller ile birlikte akıllı bir malzeme olmasa da, 4D baskı, mikrokapsules'un tabakalı mimarilerde bulunmasına izin verir. Örneğin, basılı bir kaplama büyük kapsüllerle üst bir tabakaya sahip olabilir (örneğin, derin çatlaklara) ve küçük kapsüllerle alt bir tabakaya sahip olabilir (örneğin yüzey çizilir).
- [FONT:0)Liquid Crystal Elastomerler (LCEs)[Döneticiler)[Döneticiler)[Döneticiler)[Döneticiler:0)))))))))))) - Bu malzemeler UV ışığa veya ısıya maruz kaldığı zaman şekil değiştirir ve LCE'lerin hala erken araştırma aşamalarında baskıcı ve mühürlenen kaplamalar halinde basılabilir.
Birçok uygulamada, bu malzemeler bir araya getirilir. Bir kaplama, bir 4D baskı sürecinden oluşan bir temel katmanından oluşur ve tüm kaplamalar hem iyileştirici bir monomer hem de bir inhibitör içeren orta tabakayı verir ve sonra da rupture ve iyileştirici bir şekilde serbest bırakmak için üst tabakalar yapılır.
4D Bas Self-Healing Kaplamalarının Avantajları
Yararlar basit onarımın ötesine geçer. 4D baskılı kaplamalar birkaç beton avantaj sunar:
- [FONT:0)Enhanced dayanıklılık ve malzemelerin ömrü) - Lab testleri 4D baskılı SMP kaplamalarının tek bir iyileşme döngüsünden sonra ince mekanik güç% 95'e geri dönebileceğini göstermiştir, geleneksel mikrokapsule sadece kaplamalar için% 60-70'e kıyasla.
- [FONT:0]Redüktif bakım ve onarım maliyetleri[DDDDDDDDDD 1) - Özerk şifa, Avrupa Tüp Kongre tarafından endüstri modelleme ihtiyacını azaltır.
- [FONT:0] Kritik altyapı için gelişmiş güvenlik [DDD-printed kaplamalar alüminyum fuselage derileri üzerinde yapılan 4D baskılı kaplamalar, görünür hale gelmeden önce mikrometeorite etkisi hasar veya stres korozyon çatlaklarını iyileştirebilir, felaket başarısızlığı önlemek anlamına gelir. Dinamik yanıt, kaplamanın etkili bir şekilde “alif” anlamına gelir ve koşulları değiştirmeye adapte edilebilir.
- [FONT:0)Environmental faydaları daha az atık ve kimyasal kullanım yoluyla sağlar[DDDDD-printed kaplamalar, daha az sık tekrar kilitlenebilir, VOC emisyonlarını azaltır ve ağır metal runoff kullanır.
Erken kabul edilenler özel 3D yazıcılara ve materyal formülasyonlarına yatırım yapmak zorunda iken, toplam mülkiyet maliyeti güvenilirlik ve yaşam süresinin önemli olduğu uygulamalar için daha düşük olacaktır.
Meydanlar ve Sınırlar
Onun sözüne rağmen, 4D kendi kendine özgü kaplama kaplamalar için baskı, ticari kabul yaygın hale gelmeden önce önemli engellerle karşı karşıya kalmaktadır.
- [FONT:0]Scalability[DDD baskı sistemleri yavaş yavaştır, genellikle saatte birkaç metreküre hacmi inşa eder. Doğrudan baskı kullanarak bir köprü bölümü pratik değildir.Bir çözüm daha sonra büyük yapıştırıcı yamaları olarak uygulanabilir olan esnek yüzeylerde baskı yapmaktır, ancak bu sınırlar geometrisi saatte bir miktar.
- [FONT:0] Gerçek ortamlardaki Ürünler Performansı[DDD-printed kaplamalar UV maruz kalma, yüksek nem veya sıcaklık bisikleti.pdf Form-memory polimerleri genellikle programlamalarını birden fazla döngüden sonra kaybeder ve mikrokapsules kaplama uygulamaları sırasında erken dönem testleri olabilir.
- [FONT:0] Uzmanlık malzemelerinin en üst kısmı [Dönetici: 1) Yüksek performanslı SMPs, LCEs ve özelleştirilmiş mikrokapılar, binlerce metrekareyi kapsamak için pahalıdır.
- [FONT:0]Reliability of triggering mekanizmaları[DDÜT:1) - Birçok 4D yanıt, her zaman mevcut olmayabilir dışsal bir kararlılık gerektirir.Profesyonel pH'ı bir tetikleyici olarak kullanmak, ancak kontrasepülenin, bariyer özelliklerini azaltabilmesi için yeterince göz ardı edilebilir.
- [FONT:0]Adhesion ve uyumluluk[[D-printed kaplamalar metal substratlara iyi uymalıdır, ancak farklı termal genişleme katları akıllı malzemeler ve metaller, işlem sırasında gradyan tabakalar ve yapıştırıcı bağ bölgeleri keşfeder.
Bu zorluklar sigortalanamaz, ancak 4D baskılı kendini baskı kaplama kaplama kaplamaların öncelikle daha geniş pazarlara taşınmadan önce yüksek değerli uygulamalar olarak ortaya çıkacağını gösteriyorlar.
Endüstri Uygulamaları
Havacılık Uzay Uzay Uzay Uzay
Uçak ciltleri döngüsel streslere maruz kalıyor, termal aşırılara ve sert hidrolik sıvılara izin veriyor. 4D-printed kaplamalar alüminyum veya kompozit hava çerçevelerine baskı ve çatlakları iyileştirebiliyor. Uzakta, kızılötesi ışık kullanarak iyileşmeye yol açıyor (örneğin, bir el lazerten) zemin mürettebatlarının şeritli kaplamalar olmadan hasar onarıma ve yeniden boyamasına izin vereceklerini varsayıyor.
Otomotiv Otomotiv Otomotiv Otomotiv
Modern araçlar, çok sayıda kaplama kullanır (primer, bazcoat, net perde) korozyon ve koruma görünümünü önlemek için.Bir 4D-printed katman, birkaç geleneksel tabakayı değiştirebilir, üretim hattı karmaşıklığını azaltır, yakın taş parçaları ve çizerleri zaten ticarileştirmiş olabilir (örneğin, Nissan tarafından), ancak bunlar yüksek sıcaklıklar gerektiren akışlara dayanıyor. 4D-printed versiyonların çevre sıcaklıklarında iyileşmesi veya güneş ışığından daha pratik hale gelebilir.
Deniz ve Offshore
Saltwater en koreatif ortamlardan biridir. Gemi hulls, deniz platformları ve sualtı boru hatları, su su sularının ingresyonuna göre % 90 oranında azaltıp, 4D baskının bu kaplamaların pervaner bıçaklar ve boru dirsekleri gibi karmaşık geometrilere uygulanmasına olanak sağlar. Hollanda şirketi SABIC, korozyon oranlarını 12 aydan fazla için yapay deniz suyuyla azaltan hidrogel kaplamaları test etti.
Sivil Altyapı
Köprüler, çelik-reinforced beton ve yeraltı boru hatları genellikle büyük ölçekli dağıtım için önyüklemez, ancak malzeme üretimi ölçekleri olarak, mikrokapıları içeren yeni kaplamalar için de uygulanabilir.
Future Yol Tarifi
Bir sonraki 4D baskılı kendi kendini baskı altına alan kaplama kaplamalar muhtemelen baskılı elektronik ve sensörlerle entegre olacaktır.Bir çatlak formlarında kaydedilen baskı değişiklikleri ekleyerek, kaplama sadece kendini iyileştiremez, aynı zamanda bir izleme sistemine kendi durumunu da bildirir.Bu tür “akıllı” kaplamalar zaten prototiplemede, grafikte dolu veya gümüş nanoteller şifa katmanların yanı sıra basılı olarak doldurulmuştur.
Yapay zeka, 4D yanıtlarının programlamasını optimize etmede rol oynayacaktır. Makine öğrenme algoritmaları, bir kaplamanın çeşitli hasar senaryolarında nasıl davranacağını ve en iyi malzeme dağıtımını, tabakası kalınlığını ve koşulları önerecektir. Bu, laboratuvarda gelişim ve deneme-ve-terörü hızlandıracak.
Son olarak, sürdürülebilirlik endişeleri biyo tabanlı akıllı materyallere araştırma yapıyor. Hücresel nanofiber kompozitleri, chitosan bazlı hidrogels ve bitki bazlı SMP'ler, petrol bazlı sistemlere karşı 2023 çalışmalarından dolayı değerlendiriliyor.
Sonuç olarak, 4D baskı, metal bileşenlerin ömrünü genişleten bir dönüştürücü yaklaşım sunuyor.Sürücü direnç için kaplamalar için sürekli olarak devam eden materyallere bağlı olarak, bu işten gelen kaplamalar yalnızca altyapımızı daha etkili bir şekilde koruyacaktır, ancak aynı zamanda sürekli onarım ve yeniden şekillendirmeye istekli olan endüstrilerin çevresel yükünü azaltır.
[0]Dönemli okumalar:[Dönemli)
- [FONT:0) Doğa Bilimsel Raporlar - Otomatik çatlak kapatma için Şekilli polimer kaplamaları).
- [FONT:0)Corrosion Science – Kimyasal koruma için kendi kendini kınayan kaplamaların incelenmesi (2021)).
- [FONT:0) İleri Malzemeler - 4D hidrojekte yüzeyler için hidrojektelerin baskısı (2022)).
- [FONT=0)MIT Araştırma Grubu - havacılık uygulamaları için programlanabilir kaplamalar).