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普度大學發明粘稠材料的3D打印辦法

發布日期:2018-06-23 08:47:02

普渡大學的研究表明,現在可以高精度3D打印像黏土或餅干面團這樣非常粘稠的材料。隨著該技術的創新發展,不久就可以用于陶瓷、固體火箭、醫藥、生物醫學植入物、食品等更多領域的定制生產。

普度大學發明粘稠材料的3D打印辦法

研究人員展示粘稠材料3D打印(Credit:Purdue University photo/Jared Pike


機械工程學院的助理研究員Emre Gunduz說:“最令人興奮的是,別人不能打印的材料,我們現在可以打印。我們可以通過3D打印定制不同材質的食物和生物醫學植入物,如陶瓷質地的牙冠。藥店可以根據每個病人的病情3D打印出個性化藥品,今后病人不再需要服用那么多藥丸,只服用一粒就可以藥到病除。”

普渡大學將高振幅的超聲波振動應用到3D打印機的噴嘴上,解決了困擾3D打印機制造商多年的問題。目前業界的大多數解決方案都是改變材料的組成,但普渡大學研究團隊采取了完全不同的方法。

Gunduz說:“我們發現,通過特殊方式振動噴嘴可以減少材料與噴嘴壁的摩擦,材料就可以像蛇一樣游走噴射。”

普渡大學的科研團隊目前已經能夠打印100微米精度的物品,并且同時保持高速打印。這要比大多數消費級的3D打印機好得多。

Gunduz 還說:“3D打印最常見的形式是熱塑性擠出。對于樣機展示來說,熱塑性材料通常可以達到優良效果;但對于實際的生產,我們大都需要使用高強度的材料,如陶瓷或含有大量固體顆粒的金屬復合材料。這些材料在熔融時非常粘稠,普通的3D打印機無法使用它們做打印材料,因為它們不能通過小噴嘴被噴射出。”

由于3D打印使用的材料是不透明的并且被隱藏在噴嘴內,因此很難將3D打印的過程可視化。于是,科研團隊前往芝加哥郊外的阿貢國家實驗室進行高速微觀X射線成像。這樣他們就能夠看到噴嘴內部,并精確測量粘狀物質的流量。

Gunduz 說:“這個結果振奮人心,因為從來沒有人用這種方式來描述噴嘴內的粘性流動情況。我們能夠以此量化流量,了解我們的實驗實際上是如何工作的。”

這項研究正在普渡大學的Zucrow實驗室進行,該實驗室是全球最大的學術型噴氣推進實驗室。因此,正在探索的第一個實際應用是固體火箭燃料。

普渡大學的航空航天學院博士生Monique McClain說:“固體推進劑一開始黏度很大,就像餅干面團的黏度一樣。但是采用了這種方法,我們就可以打印與傳統鑄造方法相當的固體推進劑。”

McClain通過打印兩厘米的試樣來測試燃燒,在高壓容器(每平方英寸高達1000磅)中點燃它們,并分析燃燒的慢視頻。

對于固體火箭燃料而言,3D打印可以定制火箭的幾何外形并改變其燃燒狀態。McClain說:“我們或許希望某些部位燃燒得更快或更慢,或者某些東西在中心的燃燒速度比周邊快。我們可以用3D打印的方式更精確地控制局部燃燒速度。”

本文轉載自:中國3D打印網 版權歸原作者所有