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研究员开发出弥补相邻3D打印层粘合弱的新技术

来源:aau3d

发布时间:2021-01-11 10:25:01

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aau讯(编辑 许乐)据外媒报道,得克萨斯州A&M和Essentium的研究员已经开发出了可以更有效地焊接相邻3D打印层的技术,从而提高了最终产品的可靠性。

 

  众所周知,塑料作为最初的3D打印材料,可以让用户创造出从简单玩具到定制假肢零件的物体。但是这些打印部件的机械性能很差,而这是由于组成3D部件的各个打印层之间的粘合不完善而造成的缺陷。

  

  Artie McFerrin化学工程系副教授Micah Green说:“寻找一种方法来补救打印层之间的粘合不足是3D打印领域的一项不间断的追求。我们现在已经开发出一种先进的技术,可以在3D打印零件时加强打印层之间的焊接。”

  

  该研究结果将发表在2月发行的《Nano Letters》杂志上。塑料通常用于挤出3D打印,从技术上来说,也被称为熔融沉积建模。在这项技术中,熔化的塑料从喷嘴中挤出,喷嘴一层一层地打印零件。当打印层冷却后,它们彼此融合,形成最终的3D打印部件。

  

  然而,研究表明,这些打印层的连接并不完美,打印零件的强度要比注模零件弱,在熔化的情况下,熔化的塑料只是呈现出预设模具的形状。为了更彻底地连接打印层,需要额外的加热,但是使用类似于烤箱的东西加热打印零件有一个主要缺点。

  

  “如果你把东西放进烤箱,它会加热所有的东西,这样3D打印的零件就会变形融化,失去它的形状,”Green说。“我们真正研究一种技术来加热打印层之间的界面,而不是整个零件。”

  

  为了促进层间键合,研究小组转向了碳纳米管。由于这些碳粒子响应电流而发热,因此,研究人员在每个打印层的表面覆盖了这些纳米材料。类似于微波对食物的加热效应,研究小组发现这些碳纳米管涂层可以通过电流加热,使打印层粘合在一起。

  

  为了在打印对象时通电,电流必须克服打印头和3D部件之间的微小空气间隙。弥合该气隙的一种选择是使用直接接触打印零件的金属电极,但是Green表示,这种接触会导致零件的意外损坏。

  

  基于此,该团队与J. Mike Walker '66机械工程系的副教授David Staack合作,开发了一束带电的空气粒子或等离子,可以将电荷带到打印零件的表面。该技术允许电流通过打印部分,加热纳米管并将各层焊接在一起。

  

  为此,得克萨斯州A&M和Essentium研究人员将利用等离子技术和碳纳米管涂层的热塑性材料都添加到了传统的3D打印机中。当研究人员使用他们的新技术测试3D打印部件的强度时,他们发现它们的强度与注塑成型部件相当。

  

  Green说:“ 新技术的发明使3D打印的零件的强度与成型零件的强度相匹配。在这项研究中,我们成功地利用了局部加热来增强3D打印的零件,使其机械性能现在可以与模塑零件相媲美。借助我们的技术,用户现在可以打印定制零件,例如量身定制的假肢,并且经过热处理的零件将比以前坚固得多。”

  

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