2020年12月，南極熊獲悉，來(lái)自哈勒－維滕貝格馬丁路德大學(xué)（MLU）的一個(gè)研究小組開(kāi)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(lái)。

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(lái)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(guò)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(lái)說(shuō)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(kāi)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(guò)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(lái)自MLU

雙相3D打印的應(yīng)用

在整個(gè)研究過(guò)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(shuō)：＂我們能夠證明活性成分不受打印過(guò)程的影響，并且保持活性。＂

接下來(lái)，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(lái)說(shuō)卻不能這樣說(shuō)，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(xiě)。

責(zé)任編輯：xj