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研究员开发出弥补FDM 3D打印零件层间粘合性不足的新技术

来源:原创

发布时间:2020-06-24 12:35:42

点击量:286

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aau讯(编辑 卢晶)在过去的10年中,FDM 3D打印已经取得了飞跃的进步,但是以这种方式打印的塑料零件仍然存在机械弱点,基于此,研究人员正在努力解决这一问题。



得克萨斯州A&M大学和工业3D打印技术提供商Essentium的研究人员已经开发出可以更有效地焊接相邻3D打印层的技术,以提高最终产品的可靠性。(图片来源:Essentium)



据了解,德州农工大学的科学家认为他们已经找到解决这个问题的方法,造成3D打印零件机械性差的原因在于结构本身各个打印层之间的粘合不完美所致。


而今,研究人员与Essentium Inc.公司的科学家合作,将纳米技术整合到标准塑料3D打印中,从而可以更牢固地将这些层粘合在一起。


据悉,由大学化学工程系副教授Micah Green领导的研究团队将等离子体技术和碳纳米管技术整合到3D打印过程中,从而更有效地焊接相邻的打印层,从而提高最终产品的整体机械稳定性。


Green在新闻声明中说:“寻找一种方法来补救打印层之间的粘合不足是3D打印领域的一项持续追求。我们现在已经开发出可以在3D打印零件时增强这些层之间的焊接的技术。”


加强纽带


Green的团队与曾在德克萨斯州A&M材料科学与工程学院学习的C.Brandon Sweeney合作,他现在是实验室的研发负责人也是Essentium的联合创始人,Essentium公司致力于开发工业级3D打印技术。


据悉,FDM 3D打印通常称为挤出打印或熔融沉积建模,其工作原理是将熔融塑料从喷嘴中挤出,逐层进行打印。它们在冷却过程中融合在一起,形成最终零件。


研究人员在测试中发现,用这种方法开发的零件比注塑成型的零件机械性差,在注塑成型过程中,熔化的塑料一旦冷却,便会形成模具的形状,然后将熔化的塑料倒入其中。为了增强FDM 3D打印零件各层的粘合力,科学家需要使用额外的加热。但是,这种方法也存在缺点。


Green解释说:“如果将东西放在烤箱中,它将加热所有东西,因此3D打印的零件可能会翘曲和融化,失去其形状。我们真正需要的是一种仅加热打印层之间的界面而不加热整个零件的方法。”


为此,研究人员用碳纳米管涂覆打印零件每一层的表面,碳纳米管是一种多功能材料,由碳颗粒组成,该碳颗粒会响应电流而发热。


微波效应


研究团队的创新方法的灵感来源于微波炉如何加热食物。他们可以使用电流加热碳纳米管涂层,从而将打印层粘合在一起。


但是,这一想法面临的一个挑战是,电流必须弥合打印头和3D部件之间存在的微小空间间隙。这样做会直接接触打印部件的金属电极,这种方法很可能会造成意外损坏。


Green的团队与德克萨斯A&M机械工程系的副教授David Staack合作,寻求机械工程师的帮助。


研究人员说:“Staack的团队提出了产生一束带电的空气粒子或等离子体的想法,该粒子可以将电荷传输到打印零件的表面。以这种方式,电流可以流经打印部分,从而加热纳米管并将各层更有效地粘合在一起。”


为了测试他们的技术,研究人员在传统的3D打印机中添加了碳纳米管以及基于等离子体的传输技术。他们发现使用新技术进行3D打印的部件的强度与注塑成型部件相当,从而实现了塑料3D打印的长期目标。


Green说:“借助我们的技术,用户现在可以打印定制的零件,例如量身定制的假肢,并且这种经过热处理的零件将比以前坚固得多。”


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