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新型多材料3D打印头研制成功

作者:科研处    发表时间:2015-09-29    浏览量:168


  带有旋转推进器的主动混合打印头喷嘴,每种液体经不同入口进入狭小的混合室,在旋转叶作用下瞬间混合。

3D打印是生产轻质结构、柔性机器人和灵活电子设备的一次革命,但在打印复杂的多材料整合产品方面还很困难。最近,美国哈佛大学科学家设计了一种新型多材料打印头,能混合并打印浓缩的、有粘弹性的“墨水”材料,在打印过程中能同时控制成分和几何形状。打印头通过一种主动混合、快速切换的喷嘴,在运行中改变材料成分,为全3D打印的可穿戴设备和电子设备铺平了道路。

    要打印一个既包含能随膝盖一起运动的柔软材料,又包含坚硬电子元件的设备,理想的3D打印机要能从柔软材料无缝过渡到坚硬材料,将不同电导率、不同电阻的墨水达成电路,并能在各种墨水之间精确切换,而且在执行所有这些任务时不间断——这种在打印产品中整合不同材料和性质的能力,是3D打印的下一个前沿。

    这项研究由哈佛大学约翰·波尔森工程与应用科学学院(SEAS)仿生工程教授詹妮弗·刘易斯负责。据研究人员介绍,打印多种材料的基础是混合复杂液体,以往大部分方法是被动的,即让两股液体扩散混合,对高粘度液体,尤其在容积小、时间短的情况下很难奏效。他们设计了一种主动混合多材料打印头,微喷嘴内有一种旋转推进器,能有效混合多种复杂液体。

    论文第一作者、哈佛大学韦斯研究所博士后研究员托马斯·奥博说:“实验证明,主动式微流混合器能混合多种材料。”他们据此造出的混合打印头,能打印包含多种材料的三维图案。比如能把弹性硅酮无缝打印到由软区和硬区组成的梯度结构中,这种结构在灵活电子设备、可穿戴设备中有大量应用。还能打印反应性材料,如AB胶(两部分环氧树脂),当两部分结合时会迅速变硬。此外,还能将导电和电阻墨水按需混合,在3D打印物体中嵌入电路。

    相关论文发表在最近的美国《国家科学院院刊》上。

总编辑圈点

    电脑配的打印机,一开始是针式——针头隔着色带在白纸上敲出许多点;后来喷墨打印机问世,几种墨盒的颜色可以混出真彩色,终于能作画了。3D打印机刚发明不久,干的活儿还稍显简单;这次研发的新型号就能“绵里藏针”地喷塑出复杂结构了。未来的改进,将让3D打印机真正具备雕刻师和工艺师的本事。