科学家实现3D打印乳胶橡胶突破可打印具有复杂形状的各种弹性材料

科学家实现3D打印乳胶橡胶突破可打印具有复杂形状的各种弹性材料

弗吉尼亚理工大学的研究人员发现了一种3D打印乳胶橡胶的新颖方法,从而可以打印具有复杂几何形状的各种弹性材料。研究团队克服了3D打印(也称为增材制造)的一些长期限制。研究人员对液态乳胶进行了化学修饰,使其可打印,并建造了带有嵌入式计算机视觉系统的定制3D打印机,以打印这种高性能材料的准确,高分辨率特征。该研究成果在ACS Applied Materials&Interfaces上发表。

乳胶是一种弹性体。任何橡胶材料都是弹性体, 几乎不可能在增材制造中使用,因为它们非常脆弱,对化学家来说很难改变。

但现在弗吉尼亚理工大学的机械工程和化学研究人员跨学科小组实现了3D打印乳胶橡胶。他们通过定制先进的印刷硬件以及对材料进行了一些化学修饰,共同完成了这项壮举。

该研究的共同负责人蒂莫西·朗(Timothy Long)说:

该项目代表了跨学科研究的典型例子。如果没有其他实验室,我们两个实验室都将无法完成此任务。

科学家实现3D打印乳胶橡胶突破可打印具有复杂形状的各种弹性材料

3D打印机内嵌了计算机视觉系统,以打印出乳胶的精确、高分辨率特征。同时,通过使用分子支架使溶液稳定,使高性能材料可以打印。通过化学修改还使液体光固化,因此可以使用UV曝光技术来固化所需的形式。

这一突破解锁了打印具有复杂形状的弹性材料的能力,这对医疗设备、软体机器人和减震器等应用极为有用。

科学家实现3D打印乳胶橡胶突破可打印具有复杂形状的各种弹性材料

分子支架将乳胶颗粒固定在适当的位置,但是随后必须添加其他化合物,以使液体在紫外线照射时会变硬。摄像头必须添加到(已经)定制的打印机上,因为液体乳胶颗粒会在投射的紫外光外造成散射,从而导致打印部件不准确。摄像头观察光线如何与材料相互作用,并借助自定义算法校正打印参数的任何变形。

该团队测试了他们的开发成果,发现最终的3D打印乳胶部件显示出具有强大机械性能的先进几何形状。他们成功地突破了打印材料性能的界限,这是以前没有人做过的。他们设想,这项技术将迅速发展,很快我们就能生产出任何形状的坚固而灵活的定制橡胶部件。

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