新型聚合物于3D打印的沙子具有超級強度

來源: 中關村在線  

美國能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員設計了一種新型聚合物，用于粘結劑噴射3D制造中的硅砂，這是一種3D打印方法，被工業(yè)界用于原型設計和零件生產(chǎn)。這種可打印的聚合物能夠使沙子結構具有復雜的幾何形狀和特殊的強度，而且還能溶于水。

發(fā)表在《自然-通訊》上的這項研究展示了一座3D打印的沙橋，6.5厘米的沙橋可以承受300倍于自身重量的重量，這一壯舉類似于12座帝國大廈坐在布魯克林大橋上。粘合劑噴射打印過程比工業(yè)界使用的其他3D打印方法更便宜、更快速，并使其有可能從各種粉末狀材料中創(chuàng)建3D結構，在成本和可擴展性方面具有優(yōu)勢。這一概念源于噴墨打印，但不是使用墨水，而是由打印頭噴射出液體聚合物來結合粉末狀材料，如沙子，逐層建立起一個三維設計。結合的聚合物使打印的沙子具有強度。

該團隊利用聚合物的專業(yè)知識，定制了一種聚乙烯亞胺（或PEI）粘合劑，與傳統(tǒng)的粘合劑相比，它使沙子部件的強度提高了一倍。通過粘合劑噴射打印的部件在從打印床中取出時最初是多孔的。它們可以通過在設計中滲入一種叫做氰基丙烯酸酯的超級膠水材料來加強，這種材料可以填補縫隙。這第二步在第一步的基礎上提供了八倍的強度增加，使聚合物沙子復合材料比任何其他和任何已知的建筑材料（包括磚石）更堅固。

用傳統(tǒng)粘合劑形成的部件通過滲透材料（如超級膠水）變得更密實，但沒有一個能達到接近PEI粘合劑的性能。PEI粘合劑令人印象深刻的強度源于聚合物在固化過程中與氰基丙烯酸酯反應的方式。這種高強度聚合物沙子復合材料提升了可以用粘合劑噴射方法制造的零件復雜性，實現(xiàn)了更復雜的幾何形狀，并擴大了制造、工具和建筑的應用。