ETH使用FDM 3D打印機(jī)和液晶聚合物打印出堅(jiān)固輕巧的結(jié)構(gòu)

據(jù)南極熊了解，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院復(fù)雜材料和軟材料團(tuán)隊(duì)的研究人員使用廉價(jià)的桌面FDM打印機(jī)和液晶聚合物開發(fā)了一種生物靈感的3D打印輕質(zhì)結(jié)構(gòu)方法。他們第一次能夠使用單一可回收材料打印物體，其機(jī)械性能超過所有其他可用的可打印聚合物，甚至可以與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料競爭。

使用熔融沉積建模的3D打印分層，熱致LCP。

當(dāng)需要堅(jiān)硬的輕質(zhì)材料時(shí)，例如在飛機(jī)，車輛和生物醫(yī)學(xué)植入物中，通常使用纖維增強(qiáng)聚合物結(jié)構(gòu)。盡管它們具有非常高的剛度和強(qiáng)度，但是這種輕質(zhì)材料需要能量和勞動(dòng)密集的制造工藝。此外，結(jié)果是易碎的，易于損壞并且難以成形和再循環(huán)。

研究人員的靈感來自于自然界中可以找到的兩種材料 - 蜘蛛絲和木材。蜘蛛絲通過絲蛋白沿纖維方向的高度分子排列獲得其無與倫比的機(jī)械性能。通過使用液晶聚合物（LCP）作為FDM原料，研究人員能夠再現(xiàn)這種高度對(duì)準(zhǔn)。此外，通過根據(jù)環(huán)境施加的特定負(fù)載條件定制打印路徑的局部取向來利用各向異性纖維性質(zhì)。這種設(shè)計(jì)原理的靈感來自于木材等生活組織在沿著生長和適應(yīng)環(huán)境的整個(gè)負(fù)載結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力線排列纖維的能力。

3D打印的樣本，在應(yīng)力線之后的打印線和以木結(jié)為代表的生物靈感。

由此產(chǎn)生的3D打印LCP結(jié)構(gòu)展示了分層結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的幾何形狀和前所未有的剛度和韌性。研究人員表示，事實(shí)上，它們比最先進(jìn)的3D打印聚合物更強(qiáng)大。 “將3D打印的自上而下的成型自由與自下而上的分子控制結(jié)合在聚合物取向上的能力開啟了自由設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可能性，而不受當(dāng)前制造工藝的典型限制。”

3D打印LCP層壓板和零件的機(jī)械性能和復(fù)雜幾何形狀。

該技術(shù)有望成為需要高性能輕質(zhì)材料的若干結(jié)構(gòu)，生物醫(yī)學(xué)和能量收集應(yīng)用的改變者。由于這項(xiàng)研究是使用現(xiàn)成的聚合物和商用臺(tái)式打印機(jī)進(jìn)行的，研究人員希望更廣泛的增材制造和開源社區(qū)能夠采用這種新材料并進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，并制造出來自LCP的強(qiáng)大而復(fù)雜的輕質(zhì)物體。

來源：3D打印智造網(wǎng)