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      研究人員創造了基于噴嘴的超快3D打印技術2020-05-09
      西班牙的研究人員已經設計出一種使用靜電射流偏轉技術的亞微米級特征的超快3D打印方法。

      正如詳細討論該新技術的論文所討論的那樣,作者解釋說,他們創建了靜電射流偏轉方法,目的是克服現有增材制造技術在生產速度方面的局限性。從他們的測試中,研究人員發現,靜電射流偏轉可以通過以高達2000 Hz的逐層頻率將納米纖維彼此堆疊來3D打印具有亞微米級特征的物體。

      達到的噴射速度和逐層頻率相當于平面內打印速度高達0.5 m s -1 ,垂直方向的打印速度高達0.4 mm s -1 ,研究人員稱其“比技術快三到四個數量級。提供相同的功能尺寸?!?/p>

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      研究人員首先著手描述增材制造技術對當今生產的好處,并寫道:“增材制造已成為定制產品分布式生產的新范式,在設計的幾何自由度,材料利用率和鉛含量方面均具有優勢減少時間?!?br/>

      盡管如此,為了改善現有的3D打印過程已經進行了許多研究。例如,奧地利的研究人員探索了基于材料擠壓的增材制造方法(ME-AM / FDM / FFF)需要進行的必要改進,以“ 應對復雜的工業應用挑戰 ”。其他研究則著眼于檢查粘合劑噴射過程中快速打印速度的影響,特別是在表面粗糙度和密度均勻性方面。


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      與許多旨在改善現有增材制造工藝的研究論文一樣,此處的論文作者指出,當前的3D打印技術存在許多局限性,即生產速度,材料的可獲得性和組合以及對材料的控制它們的微觀結構以及功能。這組作者補充說:“此外,制造亞微米級特征的制造設備的成本和復雜性對于真正的分布式生產而言是令人望而卻步的?!?br/>

      尤其是,基于噴嘴的3D打印技術提供了“無與倫比的多功能性”工藝的一個很好的例子,因為它可以生產由不同程度的材料制成的物體,這些材料包括聚合物,金屬,陶瓷,木材,甚至是生物組織。研究人員解釋說:“這種無與倫比的材料多功能性源于金屬或聚合物熔體或溶劑型油墨的使用,這些油墨可配制為包含離子,分子,納米粒子甚至活細胞形式的任何組分?!?


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      然而,當前的基于噴嘴的3D打印技術相對較慢,具有有限的打印分辨率,這是因為打印線的寬度與通常大于幾十微米的噴嘴孔的寬度相關。即使使用較小的噴嘴孔,該過程也易于頻繁堵塞和高粘性損失。

      作者提出,與其他基于噴嘴的3D打印方法相比,電液動力學(EHD)噴射策略特別適合高分辨率3D打印,正如ETHZürich的研究人員在2019年所證明的那樣。噴嘴堵塞,因為它可以使用多種墨水從寬噴嘴孔產生納米級噴嘴,粘度范圍在幾個數量級?!?

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      然而,由于電動噴射太快而不能被相對較慢的機械級精確地收集,因此尚未完全開發出EHD噴射以廣泛使用?!爱斍盎贓HD噴射的系統使用機械平臺將材料定位在印刷基材上。然而,機械平臺只能與長距離直線上的電噴頭的巨大速度相匹配,而不能達到在打印較小的復雜圖案時維持這種速度所需要的巨大加速度?!?br/>

      為了克服EHD噴射過程的局限性,研究人員建議使用電極來改變電場。使用傳統的EHD打印機,研究人員將電極放置在噴嘴周圍,并控制其電壓,以在不超過106 m s -2的橫向加速度下連續調節其軌跡。這使射流具有超快的靜電偏轉能力,從而可以堆疊納米纖維以打印具有亞微米級特征的3D對象。

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      通過測試,研究人員能夠通過分層沉積高度高達100 μm的材料以及極高的長寬比和高速進行3D打印對象:“快速噴射和這些高逐層層頻率轉換為印刷速度,面內最高可達0.5 ms -1 ,面外最高可達0.4 mm s -1 ,即在垂直方向上,比擠出和按需EHD所能達到的速度快三到四個數量級產生等效特征尺寸時的技術?!?/p>


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