3Dプリントされた高分子構造の自己修復機構。研究室から現実へ

Self-Healing Mechanisms for 3D-Printed Polymeric Structures: From Lab to Reality.

• Mohammed Dukhi Almutairi
• Adrianus Indrat Aria
• Vijay Kumar Thakur
• Muhammad A Khan

抄録

既存の自己修復メカニズムはまだ本格的な実装には程遠く、発表されている研究のほとんどは実験室レベルでの損傷修復を実証したに過ぎません。そのレオロジー的な性質から、部品や構造物がその機能を発揮し続けることが期待されているため、損傷治癒メカニズムの実装は困難である。ほとんどの場合、加熱、光、温度変化などの外部刺激による完全治癒には、分子結合レベルの化学反応が必要となります。このような外部刺激や反応の要件は、既存の自己修復メカニズムを3Dプリント製品、特に重要なアプリケーションに実装することをほぼ不可能にします。本論文では、高分子構造における自己修復現象の概念的な説明を行う。本論文では、高分子構造体における自己修復現象の概念的な説明に続いて、自然界の観察から自己修復の概念がどのように動機付けられているかを説明する。次に、現代の高分子構造物や部品に求められる自己修復の要件について述べる。3Dプリントされた高分子構造物の既存の自己修復機構についても、その動作原理と自己修復機構の利点に特に重点を置いて詳細に説明する。最後に、既存の動作原理における課題と限界についての批判的な議論が提供されている。また、新しい自己修復のアイデアも提案されている。結論として、現在の課題に対処する能力が評価されている。

Existing self-healing mechanisms are still very far from full-scale implementation, and most published work has only demonstrated damage cure at the laboratory level. Their rheological nature makes the mechanisms for damage cure difficult to implement, as the component or structure is expected to continue performing its function. In most cases, a molecular bond level chemical reaction is required for complete healing with external stimulations such as heating, light and temperature change. Such requirements of external stimulations and reactions make the existing self-healing mechanism almost impossible to implement in 3D printed products, particularly in critical applications. In this paper, a conceptual description of the self-healing phenomenon in polymeric structures is provided. This is followed by how the concept of self-healing is motivated by the observation of nature. Next, the requirements of self-healing in modern polymeric structures and components are described. The existing self-healing mechanisms for 3D printed polymeric structures are also detailed, with a special emphasis on their working principles and advantages of the self-healing mechanism. A critical discussion on the challenges and limitations in the existing working principles is provided at the end. A novel self-healing idea is also proposed. Its ability to address current challenges is assessed in the conclusions.