普度大學發(fā)明粘稠材料的3D打印辦法

普渡大學的研究表明，現(xiàn)在可以高精度3D打印像黏土或餅干面團這樣非常粘稠的材料。隨著該技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，不久就可以用于陶瓷、固體火箭、醫(yī)藥、生物醫(yī)學植入物、食品等更多領(lǐng)域的定制生產(chǎn)。

機械工程學院的助理研究員Emre Gunduz說：“最令人興奮的是，別人不能打印的材料，我們現(xiàn)在可以打印。我們可以通過3D打印定制不同材質(zhì)的食物和生物醫(yī)學植入物，如陶瓷質(zhì)地的牙冠。藥店可以根據(jù)每個病人的病情3D打印出個性化藥品，今后病人不再需要服用那么多藥丸，只服用一粒就可以藥到病除。”

普渡大學將高振幅的超聲波振動應用到3D打印機的噴嘴上，解決了困擾3D打印機制造商多年的問題。目前業(yè)界的大多數(shù)解決方案都是改變材料的組成，但普渡大學研究團隊采取了完全不同的方法。

Gunduz說：“我們發(fā)現(xiàn)，通過特殊方式振動噴嘴可以減少材料與噴嘴壁的摩擦，材料就可以像蛇一樣游走噴射。”

普渡大學的科研團隊目前已經(jīng)能夠打印100微米精度的物品，并且同時保持高速打印。這要比大多數(shù)消費級的3D打印機好得多。

Gunduz 還說：“3D打印最常見的形式是熱塑性擠出。對于樣機展示來說，熱塑性材料通常可以達到優(yōu)良效果；但對于實際的生產(chǎn)，我們大都需要使用高強度的材料，如陶瓷或含有大量固體顆粒的金屬復合材料。這些材料在熔融時非常粘稠，普通的3D打印機無法使用它們做打印材料，因為它們不能通過小噴嘴被噴射出。”

由于3D打印使用的材料是不透明的并且被隱藏在噴嘴內(nèi)，因此很難將3D打印的過程可視化。于是，科研團隊前往芝加哥郊外的阿貢國家實驗室進行高速微觀X射線成像。這樣他們就能夠看到噴嘴內(nèi)部，并精確測量粘狀物質(zhì)的流量。

Gunduz 說：“這個結(jié)果振奮人心，因為從來沒有人用這種方式來描述噴嘴內(nèi)的粘性流動情況。我們能夠以此量化流量，了解我們的實驗實際上是如何工作的。”

這項研究正在普渡大學的Zucrow實驗室進行，該實驗室是全球最大的學術(shù)型噴氣推進實驗室。因此，正在探索的第一個實際應用是固體火箭燃料。

普渡大學的航空航天學院博士生Monique McClain說：“固體推進劑一開始黏度很大，就像餅干面團的黏度一樣。但是采用了這種方法，我們就可以打印與傳統(tǒng)鑄造方法相當?shù)墓腆w推進劑。”

McClain通過打印兩厘米的試樣來測試燃燒，在高壓容器（每平方英寸高達1000磅）中點燃它們，并分析燃燒的慢視頻。

對于固體火箭燃料而言，3D打印可以定制火箭的幾何外形并改變其燃燒狀態(tài)。McClain說：“我們或許希望某些部位燃燒得更快或更慢，或者某些東西在中心的燃燒速度比周邊快。我們可以用3D打印的方式更精確地控制局部燃燒速度。”

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