巨大轉折點!全新可變形的噴嘴解決3D列印原材料特性難題

2021-01-12 東方財富網

原標題：巨大轉折點！全新可變形的噴嘴解決3D列印原材料特性難題

　　自從概念出現以來，3D列印就一直備受人們關注，隨著技術的不斷發展，3D列印應用的領域越來越多，這也導致了對3D列印產品的要求也越來越高。

　　為了使3D列印成品的性能達到的預期效果，滿足其應用環境的需求，人們便在列印的過程中嵌入碳等功能性材料來增加最終成品的拉伸強度、導電性等特性，增加特性的程度取決於功能性材料的短纖維的方向性。

　　但此前的列印技術只能採用將碳等功能性材料的短纖維簡單地混入列印介質中，然後與之一起被擠出的方式列印，這樣的方式使得功能性材料會以相對於彼此的隨機雜亂狀態存在，導致其增加性能的效果大大降低。

　　一直以來，這個問題困擾了很多3D列印廠商。

　　幸運的是，在剛剛過去的1月5日，馬裡蘭大學的工程師們在《Advanced Materials Technologies》雜誌的頭版頭條上發表了一篇論文，宣布他們研發了一種新的可以「變形」的3D列印噴嘴，可以很好的解決以這一問題，論文的標題為「MorphingNozzle 3D Printing: A 3D Printed Morphing Nozzle to Control Fiber Orientation during Composite Additive Manufacturing」。

　　全新可變形的列印噴嘴

　　為了控制3D列印成品中的纖維排列方向，使列印產品的性能達到的預期效果，馬裡蘭大學的助理教授兼實驗室主任Ryan D。 Sochol和他的團隊成員們提出了一種可以變形的噴嘴。

　　Ryan Sochol表示，「當使用變形噴嘴進行3D列印時，動力在於它們的側面制動器，這些制動器可以像氣球一樣充氣，以改變噴嘴的形狀，進而改變纖維的方向。」

　　為了驗證設想，研究人員將新興的「4D列印」引入了研究當中。

　　4D列印與3D列印密切相關，指的是3-D列印對象可以根據其所處環境(如溫度、溼度等)的改變自發的進行重塑或轉換。

　　這種特徵通常依賴於能夠同時進行 「各向異性」膨脹的材料，即在不同方向上膨脹的程度不同，以及「各向同性」膨脹的材料，即在所有方向上膨脹程度相同，但如果想要從兩種特性之間切換就需要更換不同的列印材料。

　　在本研究中，研究人員研究了列印部件在浸入水中時如何膨脹，同時嘗試了是否可以通過使用變形噴嘴來改變膨脹行為。最後研究人員得出結論，只需在3D列印過程中改變噴嘴的形狀，就可以使單一的列印材料在各向異性和各向同性膨脹之間轉換。


　　為了構建變形噴嘴本身，研發團隊採用了一種不同的3D列印技術，即PolyJet列印，其技術的成型原理與3DP有點類似，但噴射的不是粘合劑而是樹脂材料。

　　這種由UMD的Terrapin Works 3D列印中心提供的基於多材料噴墨的方法，使研究人員能夠用柔性材料為充氣側執行器和形狀變化的中央通道進行3D列印他們的噴嘴，而後又用剛性材料作為外殼和埠。

　　巨大轉折點

　　據了解，變形噴嘴的變形能力和在膨脹特性方面的均分能力並不僅限於4D列印，還可以用於3D列印來生產許多其他複合材料，例如定製它們的彈性、熱、磁或電性能。

　　「這款變形列印噴嘴為3D列印技術提供了新的可能性，這也會影響3D列印成品的性能。」Ryan Sochol對此表示。

　　目前，該團隊正在探索如何利用他們的策略來實現生物醫學應用，在這種應用中，大量印刷品可以在來自身體的特定刺激下重塑形狀，這對於醫學領域是一個重要突破。

　　由於受限於材料的種類，很多產品無法通過3D列印實現，而如今藉助這種可變形的列印噴嘴，我們可以生產出各種原材料，實現很多此前無法定製的產品，這對於3D列印領域是一個巨大的轉折點。

　　材料的特性可以定製化，將會進一步擴大3D列印技術的運用空間，使得3D列印技術給我們的生產、生活帶來更大的便利。

（文章來源：OFweek）

(責任編輯：DF515)

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