英國科學家用超聲波開發(fā)出新型復合3D打印材料

近日，英國Bristol大學的一支研究團隊開發(fā)出了一種開發(fā)3D打印復合材料的新方法，將有可能推動多材料3D打印技術的發(fā)展。

據(jù)南極熊了解，這種方法的原理是利用超聲波精確控制細小增強型纖維的排列和位置，令它們形成一種堅固的微觀框架結(jié)構(gòu)，從而顯著提升材料強度。

“新方法的基礎概念很簡單，就是將液態(tài)樹脂與百萬計的微小纖維混合然后進行打印，”新方法的開發(fā)者，博士生Tom Llewellyn-Jones解釋說，“這種新材料很容易使用，可輕松通過細小的噴嘴到達理想的位置。具體的打印過程與其它3D打印工藝相同，都是層層疊加�！�

在開發(fā)中，研究者們面臨的最大挑戰(zhàn)就是需要找到一種方法來操縱細小的纖維，讓它們形成正確的結(jié)構(gòu)，因為只有這樣才能令復合材料具有超高的強度。最后，他們發(fā)現(xiàn)超聲波能夠解決這個問題 — 在實際打印中，只需變換超聲波的駐波模式就能實現(xiàn)對每個纖維的精確控制。

“超聲波會在液態(tài)塑料中形成一個結(jié)構(gòu)力場，從而令纖維在其中低壓區(qū)域（又稱節(jié)點）排列對齊，”Llewellyn-Jones解釋說，“之后只要用聚焦激光束進行固化，這些纖維就會被固定住�！�

通過在現(xiàn)有的3D打印機上安裝可切換的聚焦激光模塊，研究者們已經(jīng)使用這種新方法實現(xiàn)了20毫米/秒的打印速度 — 這已經(jīng)達到了常規(guī)3D打印的速度。此外，這種方法的優(yōu)點還包括：靈活性高，可實現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)；能使用幾乎任何類型、尺寸或形狀的纖維，從而開發(fā)出更多的智能材料。

“我們的工作首次展現(xiàn)了在3D打印過程中對材料微觀結(jié)構(gòu)分布的實時控制，以及制造具有復雜微觀結(jié)構(gòu)的快速原型是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ�，”Bristol大學機械工程系超聲學教授Bruce Drinkwater表示“這種定向控制法將令我們得以在不損失其它打印優(yōu)點的情況下制造出具有特定材料性質(zhì)的物體�！�

“此外，我們的方法在智能材料方面也具有很強的應用價值，比如3D打印出樹脂填充膠囊以用于開發(fā)自愈材料或用于收集能量的壓電粒子�！盉ristol大學航空航天工程系博士Richard Trask補充說道。

目前，關于這種新方法的研究論文 — 《使用超聲波控制微觀尺度結(jié)構(gòu)的3D打印部件已經(jīng)發(fā)表在了最新一期的《智能材料與結(jié)構(gòu)》雜志上。如果你對它感興趣，不妨點擊這里拜讀一下。

延伸閱讀：《用于智能材料領域的超聲波增材制造技術》

via 3ders