拉夫堡研究人员开发了新的支持丙酮的4D打印技术

时间：2021-10-14 08:10 来源：中国3D打印网作者：admin 阅读：次

中国3D打印网10月14日讯，拉夫堡大学的研究人员开发了一种新颖的混合 3D 打印技术，使他们能够随时间改变打印部件的属性，从而实现新的 4D 打印形式。该方法名为材料处理挤出增材制造 (MaTrEx-AM)，将传统的基于挤出的 3D 打印与化学处理相结合。具体来说，它利用有机化学丙酮使 3D 打印对象中的目标层更耐用。根据丙酮的分布方式以及在层之间施加的丙酮量，该技术可以 3D 打印具有可修改机械特性的零件，从而允许用户控制它们在负载下的变形方式。
增材制造高级讲师兼该研究的合著者 Andy Gleadall 博士说：“新功能对大量零件和结构具有潜在价值，但最明显的可能是在操作过程中变形的零件，以及需要控制它们变形的方式。机械性能的时间依赖性意味着该方法为材料能力增加了一个新维度，原位混合处理促进了真正的 4D 打印过程。”

拉夫堡大学校园。图片来自拉夫堡大学。
丙酮和 3D 打印

丙酮是一种常用溶剂，从指甲油去除产品到汽油和油脂切割剂，无所不包。在 3D 打印行业，该化合物可用作表面处理剂，因为它可以溶解 ABS 等聚合物，使用户能够平滑层线，使其不可见。 MaTrEx-AM 工艺将这一概念更进一步，在层之间原位应用丙酮，而不是在打印部件的外部。

但是丙酮是如何改变这些印刷层的机械性能的呢？答案在于传统 FDM 3D 打印机如何挤出细丝。由于 FDM 系统从圆形喷嘴中沉积熔融长丝，因此产生的轨道是圆柱形的。这导致轨道之间的接触面积相对较小，导致层结合不充分，最终导致部件变弱。

Gleadall 解释说：“这个过程逐层添加材料——层与层之间有凹槽，有点像你看到的如果你把很多原木横向叠在一起，都排成一排。 3D打印的零件往往因为层层顺序铺设的方式很脆弱，所以层与层之间存在几何缺陷，层与层之间的材料结合可能不如纯聚合物。”
通过将丙酮应用于这些圆柱形轨道，可以将它们熔化在一起以更好地融合。这增加了接触面积和粘合强度，从而通过选择性丙酮应用产生可控的机械性能（和可编程的变形曲线）。

丙酮平滑由 ASA 制成的 3D 打印部件。照片来自 Prusa。
头盔衬垫和生物医学植入物
Gleadall 的团队发现，通过使用丙酮，他们可以将 PLA 和 ABS 部件的可塑性提高多达 25 倍和 16 倍，从而增加处理区域的韧性。然而，从长远来看，这些部件的机械性能恢复到原来的值高达 90%，这是 4D 的用武之地。 ABS 的这种恢复发生在 3 小时内，而 PLA 试样则需要长达 60 天才能恢复。恢复。重要的是，即使在打印部件恢复其特性后，当时所做的任何几何更改仍会保留。据中国3D打印网了解，MaTrEx-AM 的实际应用包括用于抗冲击头盔衬垫的 4D 晶格结构，以及随着患者解剖结构变形的动态生物医学植入物。

MaTrEx-AM 及其对 3D 打印聚合物部件的影响。图片来自拉夫堡大学。

中国3D打印网点评：在学术领域，4D 打印已被证明是医疗设备和软机器人等应用的绝佳工具。弗莱堡大学和斯图加特大学的研究人员最近开发了一种 4D 打印可穿戴手腕夹板的新方法，该夹板可根据患者的解剖结构进行自我调整。受空气马铃薯植物（Dioscoreabulifera）的繁殖机制的启发，打印系统可以预先编程以在暴露于水分时进行复杂的运动。

在其他地方，在中国天津大学，科学家们最近 4D 打印了一个能够自行漫游的自走式软机器人。管状机器人由一种称为液晶弹性体的材料制成，它在接触热量时会自行组装。该设备利用巧妙编程的折叠模式在其自身体内产生压力，使其能够像原木一样翻滚。

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