來源：網易新聞

從航空航天國防領域到數碼牙科和醫療設備,3D打印的部件用于各種行業。目前,3D打印部件非常脆弱,而且多用于產品材料設計的原型階段或制作玩具模型。德州農工大學材料科學與工程系博士生率先推出了一種改變3D打印當前境況的對策。

化學工程系副教授,布蘭登•斯威尼及其顧問米卡恩•格林(Micah Green)博士發現了一種使3D打印部件更強,更直接在實際應用中有用的方法。斯威尼和格林應用傳統的焊接概念,將微波中的3D打印部件中的亞毫米層粘合在一起。

斯威尼在位于馬里蘭州的阿伯丁試驗場陸軍研究實驗室工作時,開始使用3D打印材料。

"我能夠看到這項技術的巨大潛力,例如采用這種方法可加快制造時間,使我們的CAD設計能夠在幾個小時內實現。"斯威尼表示。"不幸的是,我們都知道這些部件均存在強度不足的問題,因此無法再實際應用中使用。"

3D打印的物件均由一層一層的薄層材料組成,使用的材料或聚合物沉積在彼此之上,形成所需的形狀。但這些薄層容易發生斷裂,在實際使用時,會引起部件的耐久性和可靠性的問題。

"我知道幾乎整個行業都面臨著這個問題,"斯威尼表示,"目前,原型零件可以進行3-D打印,來觀察零件是否符合某種設計,但實際上除此之外,它們并不能滿足更多的應用。"

當斯威尼開始博士學位時,他正在與德克薩斯理工大學化學工程系的格林一起工作。格林一直與德克薩斯理工大學電氣和計算機工程系助理教授穆罕默德•薩義德博士合作,研究了使用微波檢測碳納米管的項目。三人產生了一個想法,在3D打印部件中使用碳納米管,加上微波能量將各層的零件焊接在一起。"

基本思想是,3D打印部件不能簡單地放置在加熱箱中,因為材料的主要成分是塑料,受熱會整體熔化。"斯威尼說,"我們意識到,我們需要借鑒傳統意義上用于焊接零件的概念,使用點熱源將零件的界面焊接在一起。這樣不會融化整個部件,而只是把熱量集中在你需要的地方。"

由于構成3D打印部件的薄層非常微小,所以利用一種特殊材料來控制點熱源的加熱位置,并將薄層粘合在一起。斯威尼說:"我們所做的是利用3-D打印機的絲頭,將一層薄薄的碳納米管復合材料附著在外部。當打印零件時,該薄層將嵌入塑料界面。然后我們把它放入微波爐中,我們在這項研究中使用了一個更復雜的微波爐,并用紅外攝像機監測溫度。

該技術正在申請專利,并得到了當地公司Essentium Materials的授權許可。這些材料是內部生產的,此外它們還在設計打印機技術,將電磁焊接工藝納入3-D打印機內部。在打印零件的同時,同步實現焊接。目前該技術正處于測試模式,該技術有潛力在對部件由強度需求的各個工業領域和消費3D打印機領域使用。"

作為一名工程師,同時對零部件的力學性能格外關注,那么理論上3D打印部件所需的3D打印機技術都應是這樣的。"斯威尼表示。

該團隊最近在《科學進展》中發表了一篇論文"通過局部誘導的微波加熱對3D打印碳納米管--聚合物復合材料的焊接"。