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普渡大学研究员开发出高精度3D打印非常粘稠材料的新工艺

文章来源：未知更新时间：2018-06-19 15:12:29

这是一种新型3D打印技术，可以使用像粘土和饼干面团一样黏度的材料来制造各种形状的产品。普渡大学的助理教授Emre Gunduz通过超声波振动使得材料从打印机喷嘴中顺利喷射出。图片来源：普渡大学影社/ Jared Pike

普渡大学的研究表明，现在可以高精度3D打印像黏土或饼干面团这样非常粘稠的材料。随着该技术的创新发展，不久就可以用于陶瓷、固体火箭、医药、生物医学植入物、食品等更多领域的定制生产。

机械工程学院的助理研究员Emre Gunduz说：“最令人兴奋的是，别人不能打印的材料，我们现在可以打印。我们可以通过3D打印定制不同材质的食物和生物医学植入物，如陶瓷质地的牙冠。药店可以根据每个病人的病情3D打印出个性化药品，今后病人不再需要服用那么多药丸，只服用一粒就可以药到病除。”

普渡大学将高振幅的超声波振动应用到3D打印机的喷嘴上，解决了困扰3D打印机制造商多年的问题。目前业界的大多数解决方案都是改变材料的组成，但普渡大学研究团队采取了完全不同的方法。

Gunduz说：“我们发现，通过特殊方式振动喷嘴可以减少材料与喷嘴壁的摩擦，材料就可以像蛇一样游走喷射。”

普渡大学的科研团队目前已经能够打印100微米精度的物品，并且同时保持高速打印。这要比大多数消费级的3D打印机好得多。

Gunduz 还说：“3D打印最常见的形式是热塑性挤出。对于样机展示来说，热塑性材料通常可以达到优良效果；但对于实际的生产，我们大都需要使用高强度的材料，如陶瓷或含有大量固体颗粒的金属复合材料。这些材料在熔融时非常粘稠，普通的3D打印机无法使用它们做打印材料，因为它们不能通过小喷嘴被喷射出。”

由于3D打印使用的材料是不透明的并且被隐藏在喷嘴内，因此很难将3D打印的过程可视化。于是，科研团队前往芝加哥郊外的阿贡国家实验室进行高速微观X射线成像。这样他们就能够看到喷嘴内部，并精确测量粘状物质的流量。

Gunduz 说：“这个结果振奋人心，因为从来没有人用这种方式来描述喷嘴内的粘性流动情况。我们能够以此量化流量，了解我们的实验实际上是如何工作的。”

这项研究正在普渡大学的Zucrow实验室进行，该实验室是全球最大的学术型喷气推进实验室。因此，正在探索的第一个实际应用是固体火箭燃料。

普渡大学的航空航天学院博士生Monique McClain说：“固体推进剂一开始黏度很大，就像饼干面团的黏度一样。但是采用了这种方法，我们就可以打印与传统铸造方法相当的固体推进剂。”

McClain通过打印两厘米的试样来测试燃烧，在高压容器（每平方英寸高达1000磅）中点燃它们，并分析燃烧的慢视频。
对于固体火箭燃料而言，3D打印可以定制火箭的几何外形并改变其燃烧状态。McClain说：“我们或许希望某些部位燃烧得更快或更慢，或者某些东西在中心的燃烧速度比周边快。我们可以用3D打印的方式更精确地控制局部燃烧速度。”

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