無需膠水：通過3D打印與超聲波技術實現木材和金屬的強力粘合

2024年8月29日，南極熊獲悉，奧地利格拉茨理工大學（TU Graz）的科學家們近日推出了兩種突破性的連接材料新技術，預示著制造業(yè)將迎來革命性的變革。這兩種方法能夠在孔隙層面形成超強粘合，無需依賴傳統(tǒng)的腐蝕性粘合劑，從而大幅提升環(huán)保性和生產效率。

△在超聲波連接中，木材和金屬等兩種材料通過聲波摩擦產生的熱量連接在一起

技術研發(fā)背景

傳統(tǒng)工業(yè)膠粘劑雖然能夠有效連接各類材料，但其環(huán)境影響卻不容忽視。以石油基化學品為原料的膠粘劑不僅生產過程消耗大量能源和資源，還會釋放有害污染物。使用后，這些膠粘劑會對土壤和地下水造成污染，同時某些化學品對工人健康也存在潛在風險。盡管市場上已有多種嘗試改進的環(huán)保粘合劑，包括可重復使用的植物膠和可生物降解的產品，但奧地利研究團隊卻采用了全新的方法。

△通過“Addjoining”技術，研究人員可以將塑料復合材料直接通過3D打印的方式打印到未經處理的木材表面上

3D打印技術帶來創(chuàng)新性粘合方案

研究人員開發(fā)了名為“Addjoining”的先進3D打印工藝，通過該技術，能夠直接在未經處理的木材表面打印各種材料，使它滲透至木材的孔隙中，形成強力的粘合。實驗表明，連接處斷裂發(fā)生在木材和聚合物中，而非接頭處，證明了該方法的有效性。

格拉茨技術大學材料科學、連接與成型研究所的博士后研究員Gean Marcatto解釋道：“在斷裂過程中，我們能夠在木材孔隙中找到聚合物，并在聚合物中發(fā)現斷裂的木纖維，這表明粘合發(fā)生在木材與聚合物的結合處，而非接頭位置。”

研究團隊還提出，通過激光蝕刻技術創(chuàng)建更復雜的木材結構或增大孔隙，將進一步提升3D打印粘合的強度。這種技術特別適用于復雜的3D幾何形狀，因為它允許組件直接在表面上打印，滿足多樣化的設計需求。

研究負責人Sergio Amancio表示：“我們希望盡可能簡化操作步驟，并且最重要的是避免使用化學品。這項技術特別適合用于復雜的三維結構，因為它可以直接在表面上打印所需的幾何形狀�！�

△IIW國際焊接與連接會議

新型超聲波連接技術

研究人員提出的第二種連接技術被稱為“超聲波連接”。這種方法使用一種稱為超聲波發(fā)生器的設備，通過木材和金屬聚合物的接合處發(fā)射高頻低振動的聲波。這些聲波在接合處產生摩擦，從而生成足夠的熱量以將兩種材料粘合在一起。

該研究的共同作者Awais Awan表示：“由于我們實現了精確的局部點連接，因此這項技術特別適合用于大型部件和二維結構�！毖芯咳藛T相信，這種新型綠色連接技術具有廣泛的應用潛力，尤其在家具、汽車和航空行業(yè)中表現突出。

目前，研究成果已在上個月IIW年會和國際焊接與連接會議上發(fā)表。未來，該團隊希望與汽車、飛機和家具行業(yè)的合作伙伴合作，進一步完善這些技術。