3D打印改變了世界。它使航空航天、醫(yī)療、汽車、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，同時減少了浪費和生產(chǎn)時間。但許多3D打印材料并不是最堅固的。
桑迪亞的化學家和材料科學家團隊希望改變這一現(xiàn)狀。他們開發(fā)了一種新的打印工藝，可以在創(chuàng)紀錄的時間內(nèi)打印出更堅固的非金屬材料，比傳統(tǒng)3D打印快五倍。
材料科學家SamuelLeguizamon表示：“它為您可以建造什么以及3D材料的用途開辟了一個全新的世界。”
他領導的團隊開發(fā)了SWOMP，即選擇性雙波長烯烴復分解3D打印。正如其名稱所示，它使用雙波長光，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打印是通過以所需圖案照射一桶感光液體樹脂來完成的。
當樹脂暴露在槽下方的光線下時，樹脂會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。
一個挑戰(zhàn)：當聚合物固化時，它會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打印過程。
創(chuàng)始人LeahAppelhans表示，這有點像烤餅干。“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，它會變得很軟并且會破裂。如果你試圖快速剝離，3D打印機也會發(fā)生同樣的情況。打印每一層。你的作品會變形。”
塞繆爾、利亞、前Sandian杰夫·福斯特和聚合物科學家亞歷克斯·科米索想出了一種更快冷卻“餅干”的方法。
紫外線和藍光
關鍵是組合兩個燈。在這種情況下，紫外線和藍光。
該團隊從一種稱為連續(xù)液體界面印刷的技術以及使用雙波長光進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，但你使用第二波長的光來防止在桶底部發(fā)生聚合。所以它不會粘附在底部，”塞繆爾說。“這意味著您可以更快地提起固化的聚合物部件，并顯著加快打印過程。”
使3D材料更堅固
但這個新流程不僅僅關乎效率。它旨在使3D打印材料變得更堅固、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，而不是最強的材料。
“在飛機、航天、航空航天和汽車等領域使用這些材料確實很難。它們的環(huán)境非常惡劣，”桑迪亞授權主管鮑勃·斯利珀(BobSleeper)說。
該團隊轉向了二環(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。“這讓我們可以打印更堅硬的材料。”
“這就是他們所做的事情的美妙之處，”鮑勃說。“你擁有非常高質量的塑料部件，這些部件是通過使用一些光以一種非常新穎的方式非常精確地制造出來的。”
開啟3D打印新世界
該團隊希望他們的新打印工藝能夠打開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。“我們希望設計師、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)動機、電池甚至聚變應用中看到這些3D打印部件。塞繆爾說，他們已經(jīng)在與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員討論探索應用。“事實證明單體已經(jīng)用于聚變組件。你通常不會想到聚變中使用聚合物，但它確實很酷并且具有令人興奮的潛力。”
該團隊還看到了一個可以在偏遠地區(qū)更輕松地進行3D打印的世界。“我們正在尋找機械和零件不易獲得的地點;例如太空、月球或中東的美國軍事基地，”鮑勃說。“你可以帶一些輕質材料，當場制作你需要的任何東西。”
塞繆爾在南卡羅來納州瓦格納小鎮(zhèn)長大，他也在考慮可以幫助離家更近的應用程序。
“我有馬。我在農(nóng)村長大，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，但通過改變材料特性，可以減輕壓力。”更好地展開，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。”
可能性是無止境。
“我認為化學首先吸引我的是它具有制造以前從未存在過的東西的潛力，”利亞說。“3D打印的有趣之處在于，您可以將化學知識應用到具有非常具體結果的東西上。您可以看到并握在手中的東西。”
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