強大的3D變形打印

馬里蘭大學(UMD)的工程師創造了一種新的可改變形狀或“變形”的3D打印噴嘴，該噴嘴在1月5日的《先進材料技術》雜志上被稱為Frontispiece 。

該團隊的變形噴嘴為研究人員提供了一種3D打印“纖維填充復合材料”的新方法，這種材料由短纖維組成，與傳統的3D打印部件相比，短纖維具有特殊的性能，例如增強了部件的強度或導電性。挑戰在于，這些特性是基于短纖維的方向或“方向”，到目前為止，在3D打印過程中很難控制這些特性。

“當使用變形噴嘴進行3D打印時，動力就在它們的側面致動器上，致動器可以像氣球一樣膨脹，以改變噴嘴的形狀，進而改變纖維的方向，” Ryan Sochol說道。UMD的A. James Clark工程學院機械工程助理教授兼生物啟發先進制造(BAM)實驗室主任。

為了證明他們的新方法，研究人員將目光投向了新興的“ 4-D打印”應用程序。該研究的合著者UMD機械工程教授David Bigio說：“ 4-D打印是指可以根據環境改變形狀或變形的3-D打印對象的較新概念。” “在我們的工作中，我們研究了印刷零件浸入水中后的膨脹情況，特別是，是否可以使用變形噴嘴改變膨脹特性。”

4-D打印的最新進展依賴于能夠“各向異性”膨脹(在一個方向上比另一個方向膨脹更多)以及“各向同性”膨脹(在所有方向上相同膨脹)的材料。不幸的是，在這些條件之間切換通常需要研究人員使用多種不同的材料進行打印。

研究的主要作者康納·阿姆斯特朗(Connor Armstrong)說：“令人興奮的發現是，僅通過在3-D打印過程中改變噴嘴的形狀，我們就可以使一種印刷材料在各向異性和各向同性溶脹之間過渡。” Armstrong在UMD的MS論文研究中開發了該方法。

該研究的合著者和剛畢業的機械工程專業學生諾亞·托德(Noah Todd)表示：“重要的是，噴嘴的變形能力和甚至在溶脹性能上達到分數的能力不僅限于4-D打印。” “我們的方法可以應用于3D打印許多其他復合材料，以自定義其彈性，熱，磁或電特性。”

有趣的是，為了構建變形噴嘴本身，該團隊實際上轉向了另一種稱為PolyJet Printing的3D打印技術。UMD的Terrapin Works 3-D打印中心提供的這種基于多材料噴墨的方法使研究人員可以使用柔性材料(可充氣側致動器和可變形的中央通道)進行3-D打印噴嘴，然后再使用剛性材料來進行噴嘴的3D打印。外殼和檢修口。

研究合著者和機械工程學博士說：“使用多種材料的PolyJet 3-D打印技術使我們能夠設計噴嘴，其工作功率范圍或壓力大小范圍幾乎可以在任何研究實驗室中再現。” 。候選人Abdullah Alsharhan。

在這種新方法的一種應用中，研究小組正在探索運用其策略來實現生物醫學應用，在這種應用中，散裝的打印物體可以在來自身體的特定刺激下重新塑形。該小組還與數個國防部實驗室進行了討論，以使用變形噴嘴來支持國防和其他系統的武器生產。

“通過為研究人員提供一種3D打印纖維填充復合材料的便捷方法，可以按需控制其纖維方向，從而控制其最終性能，” Sochol說，“這項工作為3的新應用打開了大門。 -D打印利用了這些獨特的材料特性和它們所具有的獨特功能。”