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3D打印具有可調(diào)特性的堅固超彈性泡沫,可用于鞋類和汽車座椅

Date:2018-04-17 09:42:46

克利夫蘭開普西儲大學(xué)的一個研究小組最近完成了一組有趣的3D打印材料,這些材料可能有很多有用的應(yīng)用。該項目是由Rigoberto Advincula教授與高琪分子科學(xué)與工程系的Qiqi Chen和Peng-Fei Cao共同完成的。他們的工作在一篇名為“機(jī)械堅固,具有3D打印可調(diào)性能的超彈性等級泡沫”的論文中詳細(xì)介紹,發(fā)表在Advanced Functional Materials雜志上。該團(tuán)隊使用粘性溶液(VSP)3D打印技術(shù)(也稱為直接墨水書寫(DIW))制造超彈性泡沫。

使用數(shù)字3D模型的直接打印功能可以高精度地生成復(fù)雜的結(jié)構(gòu),使工程師能夠在微觀和宏觀尺度上對孔隙度進(jìn)行大量控制。該研究使用聚氨酯,一種常見的塑料材料進(jìn)行。 3D打印可以使材料的結(jié)構(gòu)在不同的層面上得到控制,使其具有多孔性,從而顯著改善所需性能。與模制或鑄造方法相比,3D打印在泡沫的最終結(jié)構(gòu)方面提供了更高水平的復(fù)雜性。VSP 3D打印技術(shù)利用注射器,將粘性油墨材料擠出到構(gòu)建板上,設(shè)置就位,以便逐層創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)。這種3D打印技術(shù)比常規(guī)的FDM擠出方法具有優(yōu)勢,因為它可以用更多種類的材料進(jìn)行打印。這些包括金屬,水凝膠和氣凝膠,以及陶瓷和熱塑性塑料。

在3D打印技術(shù)中使用的油墨是觸變性材料,這意味著它不流暢并且在外部應(yīng)力下可變形。這些油墨通過簡單的一鍋法制備,其中將二重納米顆粒(納米粘土和二氧化硅納米顆粒)分散在聚氨酯懸浮液中。精確控制油墨的粘度,以及注射器的設(shè)計,打印參數(shù)和3D設(shè)計本身,都可以對最終3D打印結(jié)構(gòu)進(jìn)行高度控制。熱塑性聚氨酯(TPU)是用分級多孔結(jié)構(gòu)制造的。在宏觀尺度上,通過將它們放置在最初的3D設(shè)計中,在結(jié)構(gòu)中制造更大尺寸的孔。在下一級時,當(dāng)物體浸入水中時,通過印后相分離過程產(chǎn)生大的微孔。通過化學(xué)蝕刻產(chǎn)生最小的微孔。


得到的TPU泡沫結(jié)構(gòu)重量輕,并且表現(xiàn)出良好的機(jī)械強(qiáng)度。他們還擁有前所未有的彈性,超過1000次的壓縮循環(huán),以及卓越的堅固性,在超過其自身重量20,000倍的負(fù)載之后迅速完全恢復(fù)。


超彈性泡沫的機(jī)械性能可以根據(jù)它們用于的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。他們的導(dǎo)電性能也是如此。作為演示,將由泡沫制成的小海綿浸入碳納米管(CNT)在水中的溶液中。由于van de Waal的強(qiáng)大力量,碳納米管緊緊抓住TPU泡沫的表面。干燥后,將泡沫貼在電路板上并用作高靈敏的電阻式電阻率傳感器。這實(shí)際上是一個彈性電源開關(guān),可以將其壓縮以打開或關(guān)閉電路。

(所有圖片:Rigoberto Advincula)


除了柔性電子設(shè)備外,這種3D可打印TPU泡沫還可用于改善聚氨酯的許多其他現(xiàn)有應(yīng)用,包括鞋類(如New Balance)汽車座椅,包裝和組織工程腳手架。油墨混合物也可以改變,以獲得與聚氨酯以外的塑料類似的效果。

本文轉(zhuǎn)載自:中國3D打印網(wǎng) 版權(quán)歸原作者所有