美国普渡大学和圣地亚哥国家实验室使用3D打印预测裂缝形成

时间：2020-04-23 11:33 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网4月23日讯，普渡大学和桑迪亚国家实验室的研究人员已经使用3D打印机开发了一种新的方式来理解结构性裂缝的形成方式和时间。该研究为远程检测和预测裂缝铺平了道路。具有检测和预测裂缝的能力对于提高采矿，天然气运营和核废料的安全性和效率至关重要。但是，研究人员说，了解3D结构（例如桥梁和其他行星上的人类栖息地）的结构完整性也很重要。

Pyrak-Nolte教授使用3D成像技术从事该项目。图片来自普渡大学
3D打印如何带来突破
    在开始使用3D打印之前，普渡大学（Purdue）教授Pyrak-Nolte和学生Liyang Jiang等科学家必须对天然岩石样品进行实验，或者使用矿泉水和粉末制作铸件来制造岩石样品。但是，由于每种岩石具有不同的特征和特性，因此使用这种方法获得的结果不能为确定断裂原因提供可靠的依据。这些特征之一是其“矿物结构”的方向或构成岩石层和地层的矿物成分的组织方式。
         为了产生科学有效的结果，研究人员可以得出结论，这些岩石需要具有相同的特征和相同的矿物结构。研究人员制作了3D打印的岩石用于他们的实验，从而使他们能够控制人造岩石的各个方面，并使它们完全相同。通过将这些岩石置于压力之下，研究小组发现了各种模式，使它们能够完全根据矿物纤维对所施加应力的反应来识别岩石。“由于采用了新的3D打印技术，我们能够测试岩石并收集可重复的结果。我们可以设计各种尺寸的形状，这比使用天然岩石或岩石铸件要精确得多。”研究人员表示。
       以类似于岩石的方式，还使用层构造3D打印的物质。在这种情况下，研究人员使用3D Systems ProJet CJP 360 3D打印机来生产人造石膏岩石，其模仿的层与自然形成的岩石相似。为了制造岩石，3D打印机使用粘合剂喷射技术，该技术涉及放下一层重钙铝石粉末，然后在其上喷涂粘合剂，然后再在其上铺一层重钙铝石粉末。该过程使粉末与水基粘合剂溶液发生反应，生成了一层由石膏晶体粘结的石膏样品。
        通过打印具有不同方向的矿物织物的各种样品并使其承受压力，该团队开始注意到其破裂方式的图案。研究团队发现，他们只需查看裂缝的种类，岩石的形状或光滑度或波纹，就可以确定哪个样品破裂了。Pyrak-Nolte说：“关键思想是，如果我们了解波纹的产生方式，只需查看岩石样品，就可以远程预测裂缝的几何形状和流体的优先流动路径。”
   普渡大学与增材制造
        普渡大学拥有使用3D打印克服技术挑战的记录。例如，去年8月，大学进入了GE赞助的竞赛的决赛，该竞赛要求团队设计新颖的3D打印金属散热器，以有效地冷却电子设备。
       此外，该大学机械工程学院的研究人员于3月初发布了一项研究，详细介绍了可追踪3D打印微型机器人的开发。尽管其他微型机器人由于体积小而在应用方面受到限制，但研究小组采用的新型微型机器人图案化方法有望使其适合生物医学应用。

制药公司还利用普渡大学的专业知识，Aprecia Pharmaceuticals于本月初宣布与大学药学院建立合作伙伴关系。他们的合作将专注于开发未来的3D打印制药设备和药物，并汇聚教师，研究学者和学生，共同参与研究合作。

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