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弗吉尼亚技术团队成功3D打印橡胶胶乳

时间:2020-07-28 10:02 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
      中国3D打印网7月28日讯,要取得科学或工程学的突破,需要大量的工作和研究,也需要团队合作。来自高分子创新研究所(MII),科学学院和工程学院的弗吉尼亚理工学院跨学科研究小组共同努力,提出了一种3D打印胶乳橡胶的新颖方法,获得美国国家科学基金会(National Science Foundation)奖。弗吉尼亚理工大学还与米其林北美公司合作进行了该项目。
来自Timothy Long和Christopher Williams研究小组的化学家和机械工程师在该项目上进行了合作

  来自Timothy Long和Christopher Williams研究小组的化学家和机械工程师在该项目上进行了合作。
          化学教授兼首席研究员蒂莫西·朗(Timothy Long)说:“我的理念是,只有与与自己截然不同的人合作时,才能实现这些类型的创新。该项目代表了跨学科研究的典型例子。如果没有其他实验室,我们两个实验室都无法实现这一目标。”
           橡胶状弹性材料胶乳通常存在于油漆和手套中,实际上是一组聚合物,它们像蛇一样盘绕在分散在水中的纳米粒子中。成功地进行3D打印后,由于该技术允许将材料制成复杂的几何形状,因此可用于许多应用,例如医疗设备,减震器和软机器人。需要注意的是,这并不是我们第一次看到3D打印的乳胶。伦敦玛丽皇后大学的研究人员去年发表了一篇论文,内容涉及他们使用按需滴印方法打印这种棘手的材料。但是,弗吉尼亚理工大学的团队转向了另一个方向,并使用了桶式光聚合技术。
图形概要
图形概要
       “增值光聚合(VP)增材制造制造出具有出色分辨率的复杂几何形状;然而,由于伴随的高溶液和熔体粘度,高分子量聚合物不适合VP。因此,在可印刷性和机械性能之间产生了具有挑战性的悖论。该报告描述了同时进行的光敏聚合物和VP系统设计,以解决这一悖论,因为前所未有地使用了聚合胶体(latex),可有效地将粘度对分子量的依赖性解耦。
         高分子科学与工程专业的五年级学生Phil Scott一直在尝试合成具有适当机械性能和分子量的乳胶材料,但运气并不好。然后,他开始使用市售液态乳胶,但是他必须弄清楚如何修改化学成分,以便可以以固态形式进行3D打印。不幸的是,由于液体乳胶非常脆弱,这说起来容易做起来难。“乳胶处于弹性状态。如果添加了任何东西,它将完全失去稳定性并崩溃。”机械工程专业五年级博士学位Viswanath Meenakshisundaram解释说。为了解决这个问题,Scott搭建了一个支架,可以将乳胶颗粒固定在适当的位置。然后,加入光引发剂和其他化合物,以便可以进行紫外线辅助印刷。

在SBR胶乳的连续相中进行PEGDA和NVP的光固化,得到嵌入SBR颗粒的水凝胶。

       “在设计脚手架时,您最需要担心的是一切的稳定性。读了很多书,甚至是学习胶体为什么稳定以及胶体稳定性如何工作的基础知识,但这是一个非常有趣的挑战。”通过用紫外线将材料固化来将粘性树脂转变为形状,Meenakshisundaram的任务是弄清楚如何精确地打印材料……因此,他建立了自己的正在申请专利的系统。他知道机器需要能够在大面积上打印高分辨率特征,并且与他的顾问,共同首席研究员克里斯托弗·威廉姆斯(Christopher Williams)一起,想出了一种在大面积上扫描紫外线的方法。

         Meenakshisundaram还具有将计算机视觉系统嵌入到定制打印机上的想法,以确保准确,详细的打印,因为液体乳胶颗粒会导致乳胶树脂表面上的紫外线散射到外部。相机会捕获每个单独的乳胶树脂桶的图像,并且自定义算法允许打印机从本质上查看UV光在树脂上的相互作用,然后相应地调整打印参数以仅固化要打印的形状。


       通过计算机视觉捕获的单像素强度分布用于计算投射到树脂表面的任何图案的总体强度分布。由正方形晶格(A)和Schwarz晶格(B)的投影产生的强度分布的模拟说明了所需轮廓和投影轮廓之间的不一致。边缘处的散射[(A)和(B)中的红色和绿色区域]导致制造了边缘清晰度不佳的超大特征。
        “大面积扫描打印机是我所拥有的概念,Viswanath很快就使它成为了现实。然后,维斯瓦纳特提出了一个嵌入相机的想法,观察光与材料的相互作用,并根据他的代码更新打印参数。”伦道夫(Randolph)机械工程学教授兼信息产业部临时总监。 “这就是我们想要获得博士学位的目的。学生:我们提供了一个愿景,他们实现了这一愿景,并超越了独立研究者的范围。”所有这些艰苦的工作使得3D打印的乳胶零件(例如叶轮)在半互穿的聚合物网络基质中具有强大的机械性能。
乳胶橡胶零件(例如以100微米分辨率打印的叶轮3D)可以无损地重复使用复杂的模具
    乳胶橡胶零件(例如以100微米分辨率打印的叶轮3D)可以无损地重复使用复杂的模具,因为这些零件具有柔韧性和韧性的独特组合。
        该团队的两位教授表示,3D打印乳胶为打印他们认为过去无法打印的许多其他材料(例如软橡胶)奠定了基础。

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(责任编辑:中国3D打印网)

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