研究員開(kāi)發(fā)出彌補FDM 3D打印零件層間粘合性不足的新技術(shù)

研究員開(kāi)發(fā)出彌補FDM 3D打印零件層間粘合性不足的新技術(shù)
 在過(guò)去的10年中，FDM 3D打印已經(jīng)取得了飛躍的進(jìn)步，但是以這種方式打印的塑料零件仍然存在機械弱點(diǎn)，基于此，研究人員正在努力解決這一問(wèn)題。

 

 

研究員開(kāi)發(fā)出彌補FDM 3D打印零件層間粘合性不足的新技術(shù)

得克薩斯州A＆M大學(xué)和工業(yè)3D打印技術(shù)提供商Essentium的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以更有效地焊接相鄰3D打印層的技術(shù)，以提高最終產(chǎn)品的可靠性。（圖片來(lái)源：Essentium）

 

 

據了解，德州農工大學(xué)的科學(xué)家認為他們已經(jīng)找到解決這個(gè)問(wèn)題的方法，造成3D打印零件機械性差的原因在于結構本身各個(gè)打印層之間的粘合不完美所致。

 

而今，研究人員與Essentium Inc.公司的科學(xué)家合作，將納米技術(shù)整合到標準塑料3D打印中，從而可以更牢固地將這些層粘合在一起。

 

據悉，由大學(xué)化學(xué)工程系副教授Micah Green領(lǐng)導的研究團隊將等離子體技術(shù)和碳納米管技術(shù)整合到3D打印過(guò)程中，從而更有效地焊接相鄰的打印層，從而提高最終產(chǎn)品的整體機械穩定性。

 

Green在新聞聲明中說(shuō)：“尋找一種方法來(lái)補救打印層之間的粘合不足是3D打印領(lǐng)域的一項持續追求。我們現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以在3D打印零件時(shí)增強這些層之間的焊接的技術(shù)。”

 

加強紐帶

 

Green的團隊與曾在德克薩斯州A＆M材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)習的C.Brandon Sweeney合作，他現在是實(shí)驗室的研發(fā)負責人也是Essentium的聯(lián)合創(chuàng )始人，Essentium公司致力于開(kāi)發(fā)工業(yè)級3D打印技術(shù)。

 

據悉，FDM 3D打印通常稱(chēng)為擠出打印或熔融沉積建模，其工作原理是將熔融塑料從噴嘴中擠出，逐層進(jìn)行打印。它們在冷卻過(guò)程中融合在一起，形成最終零件。

 

研究人員在測試中發(fā)現，用這種方法開(kāi)發(fā)的零件比注塑成型的零件機械性差，在注塑成型過(guò)程中，熔化的塑料一旦冷卻，便會(huì )形成模具的形狀，然后將熔化的塑料倒入其中。為了增強FDM 3D打印零件各層的粘合力，科學(xué)家需要使用額外的加熱。但是，這種方法也存在缺點(diǎn)。

 

Green解釋說(shuō)：“如果將東西放在烤箱中，它將加熱所有東西，因此3D打印的零件可能會(huì )翹曲和融化，失去其形狀。我們真正需要的是一種僅加熱打印層之間的界面而不加熱整個(gè)零件的方法。”

 

為此，研究人員用碳納米管涂覆打印零件每一層的表面，碳納米管是一種多功能材料，由碳顆粒組成，該碳顆粒會(huì )響應電流而發(fā)熱。

 

微波效應

 

研究團隊的創(chuàng )新方法的靈感來(lái)源于微波爐如何加熱食物。他們可以使用電流加熱碳納米管涂層，從而將打印層粘合在一起。

 

但是，這一想法面臨的一個(gè)挑戰是，電流必須彌合打印頭和3D部件之間存在的微小空間間隙。這樣做會(huì )直接接觸打印部件的金屬電極，這種方法很可能會(huì )造成意外損壞。

 

Green的團隊與德克薩斯A＆M機械工程系的副教授David Staack合作，尋求機械工程師的幫助。

 

研究人員說(shuō)：“Staack的團隊提出了產(chǎn)生一束帶電的空氣粒子或等離子體的想法，該粒子可以將電荷傳輸到打印零件的表面。以這種方式，電流可以流經(jīng)打印部分，從而加熱納米管并將各層更有效地粘合在一起。”

 

為了測試他們的技術(shù)，研究人員在傳統的3D打印機中添加了碳納米管以及基于等離子體的傳輸技術(shù)。他們發(fā)現使用新技術(shù)進(jìn)行3D打印的部件的強度與注塑成型部件相當，從而實(shí)現了塑料3D打印的長(cháng)期目標。

 

Green說(shuō)：“借助我們的技術(shù)，用戶(hù)現在可以打印定制的零件，例如量身定制的假肢，并且這種經(jīng)過(guò)熱處理的零件將比以前堅固得多。”