4D打印：添加剂制造的未来

研究人员拉夫堡大学用丙酮强化“3D打印”材料中的聚合物。他们将他们的方法命名为“材料处理挤压增材制造(MaTrEx-AM)”，这是一种混合了增材制造中使用的流行材料挤压方法。

这个过程一层一层地添加材料——层与层之间有凹槽，有点像你看到的，如果你将大量原木横向堆放在另一个上面，所有的原木都排成一行。

安迪·格里德尔博士，拉夫堡大学高级讲师

这项研究首次证明了如何通过浸泡在丙酮中来调整挤出生产的聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）的机械和几何性能。制造和化学处理的结合是一种以时间控制方式改变机械性能的混合工艺。

随着“3D打印”额外时间维度的引入，这为增材制造打开了令人兴奋的可能性。

增材制造快速入门(3D打印)

在增材制造(也称为3D打印)中，物体是在计算机辅助设计(CAD)软件的帮助下设计的。该软件以数字方式将物体切割成层。然后，软件引导一个机械喷嘴，将材料逐层沉积到“打印”的3D物体中。用这种方法，可以形成精确的几何形状。

顾名思义，在附加制造中，将材料添加到连续层中以创建对象。这将与传统制造或减法制造形成对比，减法制造通过机械加工、雕刻或其他方式去除材料以塑造物体。

“3D打印”一词最早是在麻省理工学院发明的。它指的是90年代在那里开发的基于喷墨的印刷工艺。然而，最早的3D打印设备可以追溯到Hideo Kodama。2020欧洲杯下注官网1980年，他在名古屋市产业研究所(Nagoya Municipal Industrial Research Institute)建造了第一台原型机。

ISO/ASTM 52900-2015定义了添加剂制造的七种工艺。材料挤出是最流行的工艺之一。

在添加剂制造中，聚合物材料通过加热喷嘴拉伸（挤出）。通过精确的温度控制或使用化学粘合剂，确保挤压材料各层之间的粘合。

拉夫堡大学团队使用的热塑性聚合物，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚乳酸(PLA)，是增材制造中最常用的材料。欧洲杯足球竞彩

添加剂制造能够制造更轻、更复杂的物体，这些物体很难或很昂贵地使用传统方法制造，如铣削和机加工。以前由多个零件制造的零件可以作为单个零件制造，从而提高强度和耐用性。

时间相关材料（4D打印）欧洲杯足球竞彩

许多材料（欧洲杯足球竞彩如合成聚合物）具有时间依赖性。这意味着它们的特性，以及它们的功能，随着时间的推移会发生显著的变化。这种时间依赖性是其结构固有的，取决于初始动力学和热力边界条件。

它们的结构性能取决于它们的热性能。它们的力学性能取决于加载模式(静态或动态)和应用的变形类型(剪切或体积)。

拉夫堡大学(Loughborough University)的研究人员首次展示了聚乳酸(PLA)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)如何通过结合机械挤压和化学处理来定制机械和几何特性。

改变丙酮的用量可以让他们创造出具有新的机械性能的物体，例如，使它们能够以新的方式变形。经过化学处理后，塑性提高了25倍。

这种利用3D打印来塑造材料随时间变化的特性和控制其机械性能的能力赋予了这种方法“4D打印”的能力。欧洲杯足球竞彩

3D打印零件往往是脆弱的，这是因为层之间的顺序铺设，所以层之间有几何缺陷，层之间的材料粘结可能不如纯聚合物好。

安迪·格里德尔博士，拉夫堡大学高级讲师

潜在的应用包括用于头盔衬垫和生物医学植入物的4D晶格。

这些新功能对于大量的部件和结构都有潜在的价值，但最明显的可能是那些在操作过程中会变形的部件，以及它们变形的方式需要控制。

安迪·格里德尔博士，拉夫堡大学高级讲师

参考资料及进一步阅读

Amirpasha Moetazedian, et al . (2021) MaTrEx AM:一种新的混合添加剂制造工艺，可选择性地控制机械性能。(在线)添加剂制造。可以在:https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102337

新的混合3D打印技术将为附加制造业增加第四维度。（2021）[在线]Phys.org。网址：https://phys.org/news/2021-10-hybrid-3d-printing-technique-fourth-dimension.html

免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站的使用情况。