旋轉3D列印：新工藝控制纖維定向使部件更加堅固耐用

旋轉3D列印：新工藝控制纖維定向使部件更加堅固耐用

哈佛 John A. Paulson工程與應用科學學院研發出一種可以控制聚合物基質中的短纖維的3D列印工藝，稱之為「旋轉3D列印」。

旋轉3D列印可以生產更加堅固耐用的部件

在測試3D列印部件強度和耐用性的過程中，研究人員從很多方面下手，採用了很多方式，選用了許多材料，因為3D列印材料的微觀結構會極大地影響列印部件的性能。

使用環氧樹脂複合材料製造的高強度3D列印部件與普通3D列印件是有差異的，列印件的纖維取向必須作為一個變數考慮在內，而新開發的「旋轉3D列印」技術則能夠精確地控制該變數。

哈佛SEAS生物啟發工程的研究人員曾開發出一種新的增材製造工藝，為嵌入聚合物基質中的短纖維提供前所未有的排列控制，使3D列印結構材料的性能、強度和耐用性都得到了優化。

而「旋轉3D列印」工藝的關鍵就在於3D印表機噴嘴的速度和旋轉的精確編排，使研究人員能夠對嵌入式纖維在聚合物基體中的排列進行編程。該設置看似簡單：旋轉列印頭系統配備有步進電機，可以在材料擠出的過程中調節旋轉噴嘴的角速度。

相關研究人員表示：「在工程複合材料中局部控制纖維取向是一個巨大的挑戰。新的3D列印工藝使製造出的結構能夠更接近於複製自然界中發現的那種均衡有效的結構：木頭、骨頭、牙齒等。我們現在可以用分層的方式來使材料圖案化，就像自然構建的方式一樣。」這樣在3D列印部件的每個區域就能實現接近最佳甚至是最佳的光纖布置，使用較少的材料獲得較高的強度和硬度。此外，研究人員認為此過程比使用磁場或電場來定向纖維來得更有效，可以直接控制3D列印擠出料的流動。

據介紹，旋轉3D列印不專門用於任何形式的材料沉積。現有的3D列印工藝，如FDM、擠出工藝、甚至是大規模的熱塑性塑料的增材製造，都可以通過旋轉噴嘴，製造出更強大、更耐用的部件，在具體應用中承受高強度的壓力。相關研究論文已在PNAS雜誌上發表。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！