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蒸汽固化3D打???Nature最新:VIPS-3DP能兼容多種材料 

2024-04-16 12:14
在多材料3D打印領(lǐng)域,業(yè)界一直尋求簡(jiǎn)潔而經(jīng)濟(jì)的解決方案。

近日,Nature期刊上刊登了一項(xiàng)新的3D打印技術(shù)——通過(guò)蒸汽誘導(dǎo)相分離實(shí)現(xiàn)多功能直接墨水書(shū)寫(xiě)。該論文介紹了一種在室溫條件下打印聚合物、金屬和復(fù)合材料的新方法,該方法基于聚合物蒸汽誘導(dǎo)相分離(VIPS)技術(shù)。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-47452-9

首先,讓我們一起來(lái)看看它的運(yùn)作原理。它從一種含有所需3D打印材料粒子的特殊液態(tài)墨水開(kāi)始,這種液態(tài)墨水通過(guò)一個(gè)類似于注射器的噴頭被擠壓出來(lái),進(jìn)入構(gòu)建空間。
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VIPS-3DP流程示意圖

當(dāng)材料從噴頭釋放時(shí),它會(huì)接觸到構(gòu)建空間內(nèi)的流動(dòng)蒸汽,這些蒸汽由一種特定的非溶劑制成。然后,一個(gè)有趣的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了:非溶劑蒸汽與液體反應(yīng),提取出一種溶劑,導(dǎo)致液體發(fā)生了相分離,這種相分離讓嵌入其中的粒子固化了。
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基于ABS聚合物的打印結(jié)果

VIPS-3DP技術(shù)因其與多種材料的兼容性而顯得非常有用,不僅適用于聚合物,也適用于金屬和陶瓷粒子。此外,還可以在墨水中混合不同的粒子來(lái)創(chuàng)建混合材料。例如,研究人員已成功使用VIPS-3DP技術(shù)打印出了復(fù)合材料制成的對(duì)象。
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VIPS-3DP復(fù)合打印結(jié)果

此技術(shù)也已擴(kuò)展到打印含金屬的聚合物墨水或載有復(fù)合材料粉末的聚合物墨水,這些材料經(jīng)過(guò)熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩驈?fù)合材料部件。不過(guò),混合使用聚合物、金屬和陶瓷可能會(huì)因?yàn)樗鼈儾煌臒Y(jié)溫度而帶來(lái)挑戰(zhàn)。
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用于多孔結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的金屬-致孔劑復(fù)合材料

VIPS-3DP的一個(gè)獨(dú)到之處在于,它可以通過(guò)調(diào)整打印參數(shù)來(lái)控制成品的孔隙率,這讓操作者可以打印出具有空間可調(diào)性的多孔結(jié)構(gòu)以及功能梯度的部件。

鑒于其巨大潛力,這項(xiàng)研究未來(lái)幾乎肯定會(huì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

但是還有幾個(gè)問(wèn)題值得討論,一是關(guān)于可用于VIPS-3DP的材料種類。所有的聚合物是不是都可以兼容,還是存在某些限制?另一個(gè)問(wèn)題涉及到VIPS-3DP的打印速度。根據(jù)研究人員提供的打印過(guò)程視頻顯示,其打印速度比較慢。如果打印速度的限制較大,可能會(huì)影響到其商業(yè)化前景。
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