3D打印成型喷嘴控制纤维取向

该团队的变形喷嘴为研究人员提供了新的方法3 d printing -纤维复合材料材料由短纤维制成，可以提高传统3D打印部件的特殊性能，比如增强部件的强度或导电性。挑战在于，这些特性是基于短纤维的方向或“方向”，这在3D打印过程中一直难以控制，直到现在。新利18官方

“当使用变形新利18官方喷嘴进行3D打印时，其力量在于其侧面的执行器，可以像气球一样充气来改变喷嘴的形状，进而改变纤维的方向。”机械工程助理教授、UMD A. James Clark工程学院生物启发先进制造(BAM)实验室主任Ryan Sochol说。

为了证明他们的新方法，研究人员将目光投向了新兴的“4 d印刷”应用程序。“4D打印指的是相对较新的3D打印概念，可以根据环境重塑或改变物体，”UMD大学机械工程教授大卫·比吉奥(新利18官方David Bigio)说，他是这项研究的合著者。“在我们的工作中，我们观察了打印部件在水中是如何膨胀的，特别是，我们是否可以使用变形喷嘴来改变这种膨胀行为。”

4D打印技术的最新进展依赖于材料既能“各向异性”膨胀(在一个方向上比另一个方向膨胀更多)，又能“各向同性”膨胀(在所有方向上膨胀相同)。不幸的是，在这些条件之间切换通常需要研究人员使用多种不同的材料进行打印。

该研究的主要作者康纳·阿姆斯特朗(Connor Armstrong)说:“我们发现，只要在3D打印过程中改变喷嘴的形状，就可以使单一打印材料在各向异性和各向同性膨胀之间过渡。”新利18官方Armstrong将这种方法作为他在UMD的硕士论文研究的一部分。

“重要的是，喷嘴的变形能力和在膨胀性能方面的平手能力并不局限于4D打印，”该研究的合著者、最近毕业的机械工程本科生诺亚·托德(Noah Todd)说。“我们的方法可以应用于3D打印许多其他复合材料，定制其弹性、热学、磁性新利18官方或电气性能等。”

有趣的是，为了制造可变形的喷嘴，该团队实际上转向了另一种3D打印技术，称为“聚射流打印”。新利18官方UMD公司的Terrapin Works 3D Printing Hub提供了一种基于多材料的喷墨打印方法，该方法允许研究人员使用可充气的侧面执行器新利18官方和可改变形状的中心通道的柔性材料进行3D打印，而外部外壳和访问端口则采用刚性材料。

该研究的合著者、机械工程博士生Abdullah Alsharhan表示新利18官方:“使用多材料PolyJet 3D打印技术，我们设计的喷嘴的工作功率范围或压力大小基本上可以在任何研究实验室中复制。”

在这种新方法的一个应用中，团队正在探索使用他们的策略来实现生物医学在身体特定刺激的存在下，批量打印物体可以重塑的应用。该团队还在与几个国防部实验室讨论使用变形喷嘴来支持国防和其他军事系统武器的生产。

“通过为研究人员提供一种易于使用的3D打印纤维填充复合材料的方法，可以按需控制其纤维方向，从而实现其最终性能，”Sochol说:“这项工作为3D打印的新应用打开了一扇门，利用这些独特的材料特性和它们所能实现的独特功能。”新利18官方

这项研究已经发表在先进材料技术．