新型聚合物于3D打印的沙子具有超級(jí)強(qiáng)度

來源: 中關(guān)村在線  

美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種新型聚合物，用于粘結(jié)劑噴射3D制造中的硅砂，這是一種3D打印方法，被工業(yè)界用于原型設(shè)計(jì)和零件生產(chǎn)。這種可打印的聚合物能夠使沙子結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的幾何形狀和特殊的強(qiáng)度，而且還能溶于水。

發(fā)表在《自然-通訊》上的這項(xiàng)研究展示了一座3D打印的沙橋，6.5厘米的沙橋可以承受300倍于自身重量的重量，這一壯舉類似于12座帝國大廈坐在布魯克林大橋上。粘合劑噴射打印過程比工業(yè)界使用的其他3D打印方法更便宜、更快速，并使其有可能從各種粉末狀材料中創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)，在成本和可擴(kuò)展性方面具有優(yōu)勢(shì)。這一概念源于噴墨打印，但不是使用墨水，而是由打印頭噴射出液體聚合物來結(jié)合粉末狀材料，如沙子，逐層建立起一個(gè)三維設(shè)計(jì)。結(jié)合的聚合物使打印的沙子具有強(qiáng)度。

該團(tuán)隊(duì)利用聚合物的專業(yè)知識(shí)，定制了一種聚乙烯亞胺（或PEI）粘合劑，與傳統(tǒng)的粘合劑相比，它使沙子部件的強(qiáng)度提高了一倍。通過粘合劑噴射打印的部件在從打印床中取出時(shí)最初是多孔的。它們可以通過在設(shè)計(jì)中滲入一種叫做氰基丙烯酸酯的超級(jí)膠水材料來加強(qiáng)，這種材料可以填補(bǔ)縫隙。這第二步在第一步的基礎(chǔ)上提供了八倍的強(qiáng)度增加，使聚合物沙子復(fù)合材料比任何其他和任何已知的建筑材料（包括磚石）更堅(jiān)固。

用傳統(tǒng)粘合劑形成的部件通過滲透材料（如超級(jí)膠水）變得更密實(shí)，但沒有一個(gè)能達(dá)到接近PEI粘合劑的性能。PEI粘合劑令人印象深刻的強(qiáng)度源于聚合物在固化過程中與氰基丙烯酸酯反應(yīng)的方式。這種高強(qiáng)度聚合物沙子復(fù)合材料提升了可以用粘合劑噴射方法制造的零件復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的幾何形狀，并擴(kuò)大了制造、工具和建筑的應(yīng)用。