به گزارش واحد ترجمه و تولید محتوی صنایع پلاستیک، محققان دانشگاه کرنل (Cornell) ،دانشگاه پوردو (Purdue) و دانشگاه Reserve Western Case نشان داده اند که چگونه “تیغه ها” در استخوان انسان، در طول عمر خود، قادر به تحمل سایش و پارگی است، بینشی که می تواند به توسعه مواد با دوام سبک وزن پرینتر سه بعدی در صنایع ساختمان و هوافضا و همچنین توسعه نحوه درمان بیماران مبتلا به پوکی استخوان کمک کند. پلیمرهای پرینت سه بعدی برای سازه های سبک وزن به معنای استفاده از پلیمرها در فرآیند پرینت سه بعدی جهت تولید سازه های سبک وزن با الهام از ساختار استخوان می باشد.
استخوانهای ما متشکل از ستون های داخلی و تیغه هایی هستند که مدت زمان ماندگاری آنها را تعیین می کنند؛ با ستون هایی که بیشتر بار را متحمل می شوند و تیرهایی که ستون ها را به هم متصل می کنند، خواصی که سازه های پرینتر سه بعدی نیز دارند. با این حال ، همانطور که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم گزارش شده است. این مطالعه نشان داد که تقلید از تیغه ها و ساختن آنها در حدود یک سوم ضخیم تر، می تواند ماده ای مصنوعی تولید کند که ۱۰۰ برابر با دوام تر است.
علیرغم تولید سریعتر و کم هزینه تر، افزایش استفاده از خانه ها و دفاتر ساخته شده با پرینتر سه بعدی، مستلزم داشتن استحکام کافی در برابر بلایای طبیعی است. از آنجا که با طراحی مجدد ساختار داخلی یا “معماری” سیمان مورد استفاده، می توان این مشکل را برطرف کرد، این تیم تحقیقاتی را در مورد استفاده از مواد معماری الهام گرفته از طبیعت برای بهبود عملکرد و خواص کلیدی سیمان انجام داده اند.
ماندگاری استخوان ها به ترابکول ها وابسته است. ترابکول ها ساختاری اسفنجی و شبکه ای از تیغه های به هم پیوسته هستند که مانند ستون ها و تیرها عمل می کنند؛ به طوری که ترابکول های متراکم از استخوان دوام بیشتری دارند. اگرچه، بیماری و پیری در تراکم آنها تأثیر دارد، به این صورت که ابتدا تیغه های افقی از بین می روند و احتمال شکستگی به دلیل سایش مداوم و پارگی را افزایش می یابد. محققان دریافتند با وجود اینکه تیغه های عمودی به سختی و استحکام استخوان کمک می کنند، اما این لبه های افقی هستند که در افزایش عمر فرسودگی استخوان نقش اصلی را ایفا می کنند و برای دوام آن بسیار مهم هستند.
شبیه سازی ساختار ریز استخوان ها تحت بارگذاری دوره ای انجام شد تا بررسی شود که آیا تنش در تیغه های افقی متمرکز می شود و با افزایش ضخامت تیغه ها می توان برخی از این تنش ها را کاهش داد. با استفاده از بارهای بر روی پلیمرهای پرینت سه بعدی ، این یافته ها با ضخیم تر شدن تیغه های افقی، پایداری پلیمر در برابر بار افزایش می یابد.
از آنجا که ضخیم شدن تیغه ها باعث افزایش چشمگیری در جرم پلیمر نمی شود، این طرح می تواند منجر به تولید مواد سبک وزن تر شود. همانطور که کریستوفر هرناندز (Hernandez Christopher) نویسنده ارشد گفت: “یافته اصلی ما این است که عناصر ساختاری که به طور مستقیم در برابر بارگذاری مقاومت ندارند، در واقع نقش مهمی شکست فرسودگی (خستگی)دارند.”
اکنون این تیم امیدوار است که سایر روش های بارگیری را نیز ارزیابی کند و همچنین تخمین خستگی را در ساختارهای واقعی مورد بررسی قرار دهد.
