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弗吉尼亚理工大学的研究人员找到了一种3D打印乳胶的方法!结果,这使得能够印刷具有复杂几何形状的各种弹性材料。
胶乳
通常称为手套和油漆中使用的材料,它是指一组聚合物。这些是长而重复的分子链。这些被盘绕在分散在水中的纳米颗粒内部。我们可以将3D打印的乳胶和类似的橡胶材料用于许多不同的应用。其中包括医疗用途,减震器,甚至是软机器人。
3D打印的乳胶橡胶在科学文献中只写过几次。由MII(大分子创新研究所),科学学院和工程学院组成的跨学科团队所印制的乳胶的特性,没有比以往的例子更好的了。通过化学和机械工程领域的创新,该团队克服了3D打印的局限性。研究人员化学改变了液态乳胶,使其可以打印,他们开发了定制的3D打印机,以打印这种高性能材料的准确,高分辨率特征。

发展科学
在尝试制造一种能够提供正确重量和机械性能的材料失败之后,长期研究小组的大分子科学与工程专业五年级学生Phil Scott研究了商用液态胶乳。研究人员希望以固体3D打印形式使用这种材料,但Phil Scott首先需要开发化学成分才能进行打印。不幸的是,它们遇到了一个根本性的挑战:液态乳胶易碎,化学家很难更换。化学家们提出了一个新主意:如果我们建造了脚手架,该怎么办?与建筑物中使用的类似,乳胶颗粒周围是否能将其固定在适当的位置?这样,乳胶可以保持其令人印象深刻的结构,并且可以将其他化合物添加到乳胶中,以实现使用紫外线的3D打印!
“设计脚手架时,您要担心的最大问题是一切的稳定性,” Scott said. “需要大量的阅读,甚至是学习胶体为什么稳定以及胶体稳定性如何工作的基础知识,但这是一个有趣的挑战。”
工程开发
在研究液态乳胶橡胶的同时,它需要一种方法来弄清楚如何印刷树脂。研究人员使用了一种称为桶光聚合的工艺。这是打印机使用紫外线将液态树脂固化成所需形状时的情况。
需要一台能够在相当大的区域上打印高分辨率特征的打印机,它构建了新的3D打印机。他们提出了在较大区域扫描紫外线的想法。在2017年,他们为打印机申请了专利。
即使使用这种新的打印机,液体乳胶也会在乳胶树脂表面上投射的紫外线之外散射。结果,这导致零件不正确。设计了第二个想法。他们将相机嵌入打印机,以捕获每桶乳胶树脂的图像。使用自定义算法,机器可以“see” the UV light’在树脂表面的相互作用。然后,它会自动调整打印参数以校正树脂以使其固化。
他们很快发现,最终的3D打印乳胶零件在称为半互穿聚合物网络的基质中表现出强大的机械性能,’在现有文献中已经记录了弹性体胶乳。
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