用于3D打印大型物體的可膨脹泡沫

供稿人：馬浩宇 李滌塵
供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

當前，3D打印領(lǐng)域所成形的對象尺寸必須小于成型設(shè)備尺寸，這大大限制了可成形零件的尺寸范圍，較大尺寸的設(shè)備并不適合打印大型零件，因為它們占用太多空間并且需要過多的打印時間。現(xiàn)在，ACS Applied Materials & Interfaces期刊報道的一種新材料可用于3D打印受熱膨脹的小物體，這種泡沫可用于建筑、航空航天和生物醫(yī)學。

加州大學圣地亞哥分校的David Wirth及其同事開發(fā)了一種可膨脹樹脂，該樹脂可用于使用廉價的市售立體光刻3D打印機打印大型物體。研究人員測試了許多不同的樹脂配方，以找到一種可以讓他們打印出受熱時會膨脹到更大尺寸的物體，他們使用該配方通過3D打印成形一個空心的格子球體，工藝流程如圖1。在烘箱中加熱球體會導致樹脂的揮發(fā)性成分以氣體形式冒泡出來，這創(chuàng)造了一種多孔的聚苯乙烯泡沫狀材料，其體積比原始打印對象大40倍。

圖1 打印區(qū)域兩次劃分

為了驗證膨脹樣品的機械性能，對樣品進行了壓縮性能測試。結(jié)果如圖2，加熱后，沒有明顯膨脹的樣品的機械剛度增加，顯著膨脹的樣品的機械性能發(fā)生了巨大變化，剛度和密度都急劇下降。使用這種方法，該團隊還3D打印了許多其他模型，包括一艘船，它在擴大后可以承載約20倍的重量，以及一個風力渦輪機，它可以在更大的尺寸下產(chǎn)生少量電力。盡管這種新材料不如聚苯乙烯泡沫那么堅固，但總有一天它可以用于緩沖、機翼、浮力輔助設(shè)備，甚至是宇航員的可擴展棲息地。

圖2 泡沫聚合物和原始聚合物的壓縮性能測試

參考文獻：
David M. Wirth, Anna Jaquez, Sofia Gandarilla, Justin D. Hochberg, Derek C. Church, and Jonathan K. Pokorski. Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing. ACS Applied Materials & Interfaces 2020 12 (16), 19033-19043