ETH使用FDM 3D打印機和液晶聚合物打印出堅固輕巧的結(jié)構(gòu)

據(jù)南極熊了解，來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院復(fù)雜材料和軟材料團(tuán)隊的研究人員使用廉價的桌面FDM打印機和液晶聚合物開發(fā)了一種生物靈感的3D打印輕質(zhì)結(jié)構(gòu)方法。他們第一次能夠使用單一可回收材料打印物體，其機械性能超過所有其他可用的可打印聚合物，甚至可以與纖維增強復(fù)合材料競爭。

使用熔融沉積建模的3D打印分層，熱致LCP。

當(dāng)需要堅硬的輕質(zhì)材料時，例如在飛機，車輛和生物醫(yī)學(xué)植入物中，通常使用纖維增強聚合物結(jié)構(gòu)。盡管它們具有非常高的剛度和強度，但是這種輕質(zhì)材料需要能量和勞動密集的制造工藝。此外，結(jié)果是易碎的，易于損壞并且難以成形和再循環(huán)。

研究人員的靈感來自于自然界中可以找到的兩種材料 - 蜘蛛絲和木材。蜘蛛絲通過絲蛋白沿纖維方向的高度分子排列獲得其無與倫比的機械性能。通過使用液晶聚合物（LCP）作為FDM原料，研究人員能夠再現(xiàn)這種高度對準(zhǔn)。此外，通過根據(jù)環(huán)境施加的特定負(fù)載條件定制打印路徑的局部取向來利用各向異性纖維性質(zhì)。這種設(shè)計原理的靈感來自于木材等生活組織在沿著生長和適應(yīng)環(huán)境的整個負(fù)載結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力線排列纖維的能力。

3D打印的樣本，在應(yīng)力線之后的打印線和以木結(jié)為代表的生物靈感。

由此產(chǎn)生的3D打印LCP結(jié)構(gòu)展示了分層結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的幾何形狀和前所未有的剛度和韌性。研究人員表示，事實上，它們比最先進(jìn)的3D打印聚合物更強大。 “將3D打印的自上而下的成型自由與自下而上的分子控制結(jié)合在聚合物取向上的能力開啟了自由設(shè)計和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可能性，而不受當(dāng)前制造工藝的典型限制。”

3D打印LCP層壓板和零件的機械性能和復(fù)雜幾何形狀。

該技術(shù)有望成為需要高性能輕質(zhì)材料的若干結(jié)構(gòu)，生物醫(yī)學(xué)和能量收集應(yīng)用的改變者。由于這項研究是使用現(xiàn)成的聚合物和商用臺式打印機進(jìn)行的，研究人員希望更廣泛的增材制造和開源社區(qū)能夠采用這種新材料并進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計，并制造出來自LCP的強大而復(fù)雜的輕質(zhì)物體。

來源：3D打印智造網(wǎng)