强大的3D变形打印

马里兰大学(UMD)的工程师创造了一种新的可改变形状或“变形”的3D打印喷嘴，该喷嘴在1月5日的《先进材料技术》杂志上被称为Frontispiece 。

该团队的变形喷嘴为研究人员提供了一种3D打印“纤维填充复合材料”的新方法，这种材料由短纤维组成，与传统的3D打印部件相比，短纤维具有特殊的性能，例如增强了部件的强度或导电性。挑战在于，这些特性是基于短纤维的方向或“方向”，到目前为止，在3D打印过程中很难控制这些特性。

“当使用变形喷嘴进行3D打印时，动力就在它们的侧面致动器上，致动器可以像气球一样膨胀，以改变喷嘴的形状，进而改变纤维的方向，” Ryan Sochol说道。UMD的A. James Clark工程学院机械工程助理教授兼生物启发先进制造(BAM)实验室主任。

为了证明他们的新方法，研究人员将目光投向了新兴的“ 4-D打印”应用程序。该研究的合著者UMD机械工程教授David Bigio说：“ 4-D打印是指可以根据环境改变形状或变形的3-D打印对象的较新概念。” “在我们的工作中，我们研究了印刷零件浸入水中后的膨胀情况，特别是，是否可以使用变形喷嘴改变膨胀特性。”

4-D打印的最新进展依赖于能够“各向异性”膨胀(在一个方向上比另一个方向膨胀更多)以及“各向同性”膨胀(在所有方向上相同膨胀)的材料。不幸的是，在这些条件之间切换通常需要研究人员使用多种不同的材料进行打印。

研究的主要作者康纳·阿姆斯特朗(Connor Armstrong)说：“令人兴奋的发现是，仅通过在3-D打印过程中改变喷嘴的形状，我们就可以使一种印刷材料在各向异性和各向同性溶胀之间过渡。” Armstrong在UMD的MS论文研究中开发了该方法。

该研究的合著者和刚毕业的机械工程专业学生诺亚·托德(Noah Todd)表示：“重要的是，喷嘴的变形能力和甚至在溶胀性能上达到分数的能力不仅限于4-D打印。” “我们的方法可以应用于3D打印许多其他复合材料，以自定义其弹性，热，磁或电特性。”

有趣的是，为了构建变形喷嘴本身，该团队实际上转向了另一种称为PolyJet Printing的3D打印技术。UMD的Terrapin Works 3-D打印中心提供的这种基于多材料喷墨的方法使研究人员可以使用柔性材料(可充气侧致动器和可变形的中央通道)进行3-D打印喷嘴，然后再使用刚性材料来进行喷嘴的3D打印。外壳和检修口。

研究合著者和机械工程学博士说：“使用多种材料的PolyJet 3-D打印技术使我们能够设计喷嘴，其工作功率范围或压力大小范围几乎可以在任何研究实验室中再现。” 。候选人Abdullah Alsharhan。

在这种新方法的一种应用中，研究小组正在探索运用其策略来实现生物医学应用，在这种应用中，散装的打印物体可以在来自身体的特定刺激下重新塑形。该小组还与数个国防部实验室进行了讨论，以使用变形喷嘴来支持国防和其他系统的武器生产。

“通过为研究人员提供一种3D打印纤维填充复合材料的便捷方法，可以按需控制其纤维方向，从而控制其最终性能，” Sochol说，“这项工作为3的新应用打开了大门。 -D打印利用了这些独特的材料特性和它们所具有的独特功能。”