研究人員開發(fā)變形噴嘴可控制3D打印物品中的纖維方向

在3D打印物體中嵌入纖維可用于增加這些物品的導(dǎo)電性或額外強(qiáng)度等特性�，F(xiàn)在，工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種變形打印噴嘴，以在打印過程中改變這些纖維的方向。通常，碳等功能性材料的短纖維只是簡單地混入打印介質(zhì)中，然后與之一起被擠出。因此，它們通常會(huì)以相對(duì)于彼此的隨機(jī)雜亂狀態(tài)結(jié)束。這對(duì)某些應(yīng)用來說是可以的，但對(duì)其他應(yīng)用來說是行不通的。

馬里蘭大學(xué)的工程師們?yōu)榱藢で笠环N能夠進(jìn)行更多控制的替代方案，利用“PolyJet打印”工藝創(chuàng)造了一個(gè)原型打印噴嘴，該噴嘴的側(cè)面有可充氣的致動(dòng)器。通過有選擇地將空氣抽進(jìn)抽出，噴嘴的形狀就會(huì)發(fā)生變化，改變纖維在其不斷擠出的單一打印介質(zhì)中的方向。

在對(duì)該設(shè)備的測(cè)試中，用含有碳微纖維的水凝膠打印出結(jié)構(gòu)。在某些區(qū)域，纖維的相對(duì)隨機(jī)取向?qū)е虏牧衔�水時(shí)在所有方向上都同樣膨脹。在其他區(qū)域，纖維方向比較一致的情況下，導(dǎo)致材料主要向一個(gè)方向膨脹。

這項(xiàng)技術(shù)可以在被稱為“4D打印”的領(lǐng)域中找到用武之地，在該領(lǐng)域中，3D打印的物體會(huì)根據(jù)外部刺激而改變形態(tài)。它還可以用于更傳統(tǒng)的3D打印物品，這些物品在不同的區(qū)域具有不同的彈性，熱，磁性或電氣特性。

“通過為研究人員提供一種可訪問的方法來3D打印纖維填充復(fù)合材料，并按需控制其纖維方向，從而控制其最終性能，這項(xiàng)工作為3D打印的新應(yīng)用打開了大門，這些應(yīng)用利用這些獨(dú)特的材料特性及其實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特功能，”參與這項(xiàng)研究的副教授Ryan Sochol說。

由Connor Armstrong領(lǐng)導(dǎo)的有關(guān)該研究的論文最近發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》雜志上。

相關(guān)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000829