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ETH使用FDM 3D打印机和液晶聚合物打印出坚固轻巧的结构
2018-09-19浏览量:109评论数:
来自苏黎世联邦理工学院复杂材料和软材料团队的研究人员使用廉价的桌面FDM打印机和液晶聚合物开发了一种生物灵感的3D打印轻质结构方法。他们第一次能够使用单一可回收材料打印物体,其机械性能超过所有其他可用的可打印聚合物,甚至可以与纤维增强复合材料竞争。


使用熔融沉积建模的3D打印分层,热致LCP。

当需要坚硬的轻质材料时,例如在飞机,车辆和生物医学植入物中,通常使用纤维增强聚合物结构。尽管它们具有非常高的刚度和强度,但是这种轻质材料需要能量和劳动密集的制造工艺。此外,结果是易碎的,易于损坏并且难以成形和再循环。

研究人员的灵感来自于自然界中可以找到的两种材料 - 蜘蛛丝和木材。蜘蛛丝通过丝蛋白沿纤维方向的高度分子排列获得其无与伦比的机械性能。通过使用液晶聚合物(LCP)作为FDM原料,研究人员能够再现这种高度对准。此外,通过根据环境施加的特定负载条件定制打印路径的局部取向来利用各向异性纤维性质。这种设计原理的灵感来自于木材等生活组织在沿着生长和适应环境的整个负载结构中产生的应力线排列纤维的能力。


3D打印的样本,在应力线之后的打印线和以木结为代表的生物灵感

由此产生的3D打印LCP结构展示了分层结构,复杂的几何形状和前所未有的刚度和韧性。研究人员表示,事实上,它们比最先进的3D打印聚合物更强大。 “将3D打印的自上而下的成型自由与自下而上的分子控制结合在聚合物取向上的能力开启了自由设计和实现结构的可能性,而不受当前制造工艺的典型限制。”


3D打印LCP层压板和零件的机械性能和复杂几何形状。

该技术有望成为需要高性能轻质材料的若干结构,生物医学和能量收集应用的改变者。由于这项研究是使用现成的聚合物和商用台式打印机进行的,研究人员希望更广泛的增材制造和开源社区能够采用这种新材料并进行数字化设计,并制造出来自LCP的强大而复杂的轻质物体。

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