英國(guó)科學(xué)家用超聲波開(kāi)發(fā)出新型復(fù)合3D打印材料

近日，英國(guó)Bristol大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種開(kāi)發(fā)3D打印復(fù)合材料的新方法，將有可能推動(dòng)多材料3D打印技術(shù)的發(fā)展。

據(jù)南極熊了解，這種方法的原理是利用超聲波精確控制細(xì)小增強(qiáng)型纖維的排列和位置，令它們形成一種堅(jiān)固的微觀(guān)框架結(jié)構(gòu)，從而顯著提升材料強(qiáng)度。

“新方法的基礎(chǔ)概念很簡(jiǎn)單，就是將液態(tài)樹(shù)脂與百萬(wàn)計(jì)的微小纖維混合然后進(jìn)行打印，”新方法的開(kāi)發(fā)者，博士生Tom Llewellyn-Jones解釋說(shuō)，“這種新材料很容易使用，可輕松通過(guò)細(xì)小的噴嘴到達(dá)理想的位置。具體的打印過(guò)程與其它3D打印工藝相同，都是層層疊加�！�

在開(kāi)發(fā)中，研究者們面臨的最大挑戰(zhàn)就是需要找到一種方法來(lái)操縱細(xì)小的纖維，讓它們形成正確的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橹挥羞@樣才能令復(fù)合材料具有超高的強(qiáng)度。最后，他們發(fā)現(xiàn)超聲波能夠解決這個(gè)問(wèn)題 — 在實(shí)際打印中，只需變換超聲波的駐波模式就能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)纖維的精確控制。

“超聲波會(huì)在液態(tài)塑料中形成一個(gè)結(jié)構(gòu)力場(chǎng)，從而令纖維在其中低壓區(qū)域（又稱(chēng)節(jié)點(diǎn)）排列對(duì)齊，”Llewellyn-Jones解釋說(shuō)，“之后只要用聚焦激光束進(jìn)行固化，這些纖維就會(huì)被固定住�！�

通過(guò)在現(xiàn)有的3D打印機(jī)上安裝可切換的聚焦激光模塊，研究者們已經(jīng)使用這種新方法實(shí)現(xiàn)了20毫米/秒的打印速度 — 這已經(jīng)達(dá)到了常規(guī)3D打印的速度。此外，這種方法的優(yōu)點(diǎn)還包括：靈活性高，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無(wú)法創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)；能使用幾乎任何類(lèi)型、尺寸或形狀的纖維，從而開(kāi)發(fā)出更多的智能材料。

“我們的工作首次展現(xiàn)了在3D打印過(guò)程中對(duì)材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)分布的實(shí)時(shí)控制，以及制造具有復(fù)雜微觀(guān)結(jié)構(gòu)的快速原型是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ�，”Bristol大學(xué)機(jī)械工程系超聲學(xué)教授Bruce Drinkwater表示“這種定向控制法將令我們得以在不損失其它打印優(yōu)點(diǎn)的情況下制造出具有特定材料性質(zhì)的物體�！�

“此外，我們的方法在智能材料方面也具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，比如3D打印出樹(shù)脂填充膠囊以用于開(kāi)發(fā)自愈材料或用于收集能量的壓電粒子�！盉ristol大學(xué)航空航天工程系博士Richard Trask補(bǔ)充說(shuō)道。

目前，關(guān)于這種新方法的研究論文 — 《使用超聲波控制微觀(guān)尺度結(jié)構(gòu)的3D打印部件已經(jīng)發(fā)表在了最新一期的《智能材料與結(jié)構(gòu)》雜志上。如果你對(duì)它感興趣，不妨點(diǎn)擊這里拜讀一下。

延伸閱讀：《用于智能材料領(lǐng)域的超聲波增材制造技術(shù)》

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