馬丁路德大學(xué)開發(fā)新型3D打印工藝：將擠出和噴墨兩種工藝結(jié)合起來

2020年12月，南極熊獲悉，來自哈勒－維滕貝格馬丁路德大學(xué)（MLU）的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新的混合增材制造工藝，將擠出和噴墨兩種3D打印工藝結(jié)合起來。

這種方法的一大作用是可將液體油墨直接集成到固體材料基質(zhì)中，例如可以將活性醫(yī)療成分在最初的制造階段就被納入藥物輸送設(shè)備中。團(tuán)隊(duì)還確定了在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，比如將熒光液體容納在固體結(jié)構(gòu)部件中，使用戶能夠以可視化的方式監(jiān)測(cè)裂縫。

論文的合著者Wolfgang Binder教授指出：＂這種技術(shù)的未來在于更復(fù)雜的方法，結(jié)合多個(gè)生產(chǎn)步驟。這就是為什么我們要尋找一種在打印過程中直接將液體集成到材料中的方法。＂

結(jié)合固體和液體

3D打印，一般來說是制造固體零件作為最終產(chǎn)品。在使用液體作為原材料的情況下，它們?cè)陔x開構(gòu)建室之前要么被固化，要么被冷卻成固體形式。因此，如果最終的部件包含一部分液體，則必須在打印完成后添加，這可能增加了成本或者很難實(shí)現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)這一過程的自動(dòng)化，MLU團(tuán)隊(duì)將一臺(tái)FDM擠出機(jī)和一臺(tái)噴墨點(diǎn)膠機(jī)結(jié)合到一個(gè)定制的混合實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中。這套系統(tǒng)能夠在擠出的層之間分配液滴，從而有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)精確的多相材料集成。

△內(nèi)含發(fā)光油的PCL部件的3D打印，圖片來自MLU

雙相3D打印的應(yīng)用

在整個(gè)研究過程中，MLU團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)不同的用例對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。首先，機(jī)器被用于將活性液體制劑集成到可生物降解的膠囊中，創(chuàng)造了一種具有芯殼結(jié)構(gòu)的可攝取藥物輸送裝置。Binder補(bǔ)充說：＂我們能夠證明活性成分不受打印過程的影響，并且保持活性。＂

接下來，研究人員將一種發(fā)光液體融入聚合物膠囊（FDM工藝打印的PCL材料）中，如果外殼損壞并形成裂縫，液體就會(huì)泄漏。雖然用現(xiàn)在的X射線技術(shù)可以很容易地檢測(cè)到金屬的微損傷，但對(duì)于塑料來說卻不能這樣說，MLU確實(shí)可以提供一種新穎的方法。

除了研究中測(cè)試的兩種之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)其他一些潛在應(yīng)用，例如3D打印電池。在這種情況下，固體電極和外殼將被擠出，而液體電解質(zhì)將被沉積到封閉的內(nèi)部腔室中。因此，一個(gè)綜合系統(tǒng)可以執(zhí)行整個(gè)電池組裝線的所有功能。

更多的研究細(xì)節(jié)可以在題為 ＂3D Printing of Core–Shell Capsule Composites for Post‐Reactive and Damage Sensing Applications ＂的論文中找到。該論文由Wolfgang Binder和Harald Rupp共同撰寫。

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