3D打印改變了世界。它使航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)、制造和許多其他行業(yè)能夠以前所未有的方式定制零件和原型。它極大地提高了靈活性和成本效益，同時(shí)減少了浪費(fèi)和生產(chǎn)時(shí)間。但許多3D打印材料并不是最堅(jiān)固的。
桑迪亞的化學(xué)家和材料科學(xué)家團(tuán)隊(duì)希望改變這一現(xiàn)狀。他們開(kāi)發(fā)了一種新的打印工藝，可以在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)打印出更堅(jiān)固的非金屬材料，比傳統(tǒng)3D打印快五倍。
材料科學(xué)家SamuelLeguizamon表示：“它為您可以建造什么以及3D材料的用途開(kāi)辟了一個(gè)全新的世界。”
他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了SWOMP，即選擇性雙波長(zhǎng)烯烴復(fù)分解3D打印。正如其名稱所示，它使用雙波長(zhǎng)光，與傳統(tǒng)的印刷工藝不同。
3D打印的工作原理
傳統(tǒng)上，大桶3D打印是通過(guò)以所需圖案照射一桶感光液體樹(shù)脂來(lái)完成的。
當(dāng)樹(shù)脂暴露在槽下方的光線下時(shí)，樹(shù)脂會(huì)固化并硬化成聚合物層。然后將固化的聚合物提起，并在下方投射新的圖案以固化后續(xù)層。
一個(gè)挑戰(zhàn)：當(dāng)聚合物固化時(shí)，它會(huì)粘附到前一層和桶的底部。每打印一層后，必須將固化的聚合物慢慢從桶中剝離以防止損壞，從而顯著減慢3D打印過(guò)程。
創(chuàng)始人LeahAppelhans表示，這有點(diǎn)像烤餅干。“烘烤完餅干后，必須讓它們冷卻。如果你試圖將熱餅干從餅干片上剝離下來(lái)，它會(huì)變得很軟并且會(huì)破裂。如果你試圖快速剝離，3D打印機(jī)也會(huì)發(fā)生同樣的情況。打印每一層。你的作品會(huì)變形。”
塞繆爾、利亞、前Sandian杰夫·福斯特和聚合物科學(xué)家亞歷克斯·科米索想出了一種更快冷卻“餅干”的方法。
紫外線和藍(lán)光
關(guān)鍵是組合兩個(gè)燈。在這種情況下，紫外線和藍(lán)光。
該團(tuán)隊(duì)從一種稱為連續(xù)液體界面印刷的技術(shù)以及使用雙波長(zhǎng)光進(jìn)行丙烯酸聚合的印刷方法中獲得靈感。
有了它，他們創(chuàng)建了SWOMP。
“你仍然在逐層打印，但你使用第二波長(zhǎng)的光來(lái)防止在桶底部發(fā)生聚合。所以它不會(huì)粘附在底部，”塞繆爾說(shuō)。“這意味著您可以更快地提起固化的聚合物部件，并顯著加快打印過(guò)程。”
使3D材料更堅(jiān)固
但這個(gè)新流程不僅僅關(guān)乎效率。它旨在使3D打印材料變得更堅(jiān)固、用途更廣泛。大多數(shù)還原聚合印刷材料都是丙烯酸基材料，而不是最強(qiáng)的材料。
“在飛機(jī)、航天、航空航天和汽車(chē)等領(lǐng)域使用這些材料確實(shí)很難。它們的環(huán)境非常惡劣，”桑迪亞授權(quán)主管鮑勃·斯利珀(BobSleeper)說(shuō)。
該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了二環(huán)戊二烯材料，這種材料通常用于生產(chǎn)油漆、清漆和塑料阻燃劑。他們能夠開(kāi)發(fā)出一種利用光更快速地聚合它的方法，從而可以更有效地在3D打印中使用它。
“我們將材料的組成部分從丙烯酸基改為烯烴基，”塞繆爾說(shuō)。“這讓我們可以打印更堅(jiān)硬的材料。”
“這就是他們所做的事情的美妙之處，”鮑勃說(shuō)。“你擁有非常高質(zhì)量的塑料部件，這些部件是通過(guò)使用一些光以一種非常新穎的方式非常精確地制造出來(lái)的。”
開(kāi)啟3D打印新世界
該團(tuán)隊(duì)希望他們的新打印工藝能夠打開(kāi)3D打印的世界。
“我們正在努力做的是建立可用材料的工具箱，”利亞說(shuō)。“我們希望設(shè)計(jì)師、研究人員、工程師能夠選擇他們想要使用的材料類型。”
有一天，他們希望在火箭、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池甚至聚變應(yīng)用中看到這些3D打印部件。塞繆爾說(shuō)，他們已經(jīng)在與勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員討論探索應(yīng)用。“事實(shí)證明單體已經(jīng)用于聚變組件。你通常不會(huì)想到聚變中使用聚合物，但它確實(shí)很酷并且具有令人興奮的潛力。”
該團(tuán)隊(duì)還看到了一個(gè)可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)更輕松地進(jìn)行3D打印的世界。“我們正在尋找機(jī)械和零件不易獲得的地點(diǎn);例如太空、月球或中東的美國(guó)軍事基地，”鮑勃說(shuō)。“你可以帶一些輕質(zhì)材料，當(dāng)場(chǎng)制作你需要的任何東西。”
塞繆爾在南卡羅來(lái)納州瓦格納小鎮(zhèn)長(zhǎng)大，他也在考慮可以幫助離家更近的應(yīng)用程序。
“我有馬。我在農(nóng)村長(zhǎng)大，我的父親是蹄鐵匠，所以我正在考慮如何為賽馬制作馬蹄鐵。它們必須具有抗沖擊性，但通過(guò)改變材料特性，可以減輕壓力。”更好地展開(kāi)，并在蹄上的正確空間內(nèi)產(chǎn)生沖擊力。您可以將其視為馬的鞋墊。”
可能性是無(wú)止境。
“我認(rèn)為化學(xué)首先吸引我的是它具有制造以前從未存在過(guò)的東西的潛力，”利亞說(shuō)。“3D打印的有趣之處在于，您可以將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到具有非常具體結(jié)果的東西上。您可以看到并握在手中的東西。”
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