研究

研究人员用可编程变形3D印刷纤维素的水凝胶

一个研究人员团队斯图加特大学,维吉尼亚大学, 和Koc大学伊斯坦布尔的3D打印多材料零件具有多向刚度梯度。通过结合他们在材料工程和数字处理方面的专业知识,研究人员能够创建一系列基于纤维素的纤维,尽管其成分相似,但具有不同的机械和流变特性。然后,这些材料相互结合使用,将特定的变形轮廓编程成复杂的部件。

用于打印连续梯度的制造过程。图片来自斯图加特大学。
用于打印连续梯度的制造过程。图片来自斯图加特大学。

功能分级材料

功能渐变的材料(FGM)具有逐渐变化的组成或结构 - 这可以是连续的或逐步的。逐渐变化导致'属性梯度',由此与组合或结构相关的特定属性或属性。我们一直在整个有机体中看到FGM。特定功能细胞或材料类型的浓度和分布将对它的位置的功能强烈影响。

在科学和工程中,FGMS可用于薄膜涂层,生物医学应用和建筑。特定的FGMS,如本研究所关注的,具有不同的僵硬梯度。它们通常用于在界面处分配应力,软致动器中的程序变形型材,并影响细胞迁移速率。FGM的制造确实具有其挑战,然而,随着当今的技术难以实现梯度连续性和方向自由度。

3D印染纤维素的FGMS

为了开发一种具有连续、多向刚度梯度的3D打印可调粘弹性材料的新方法,该团队开始工作。羟乙基纤维素(HEC)因其环境友好性而被选为基材。研究人员加入柠檬酸,将水溶液变成固体水凝胶,这样就可以挤压。他们还发现,添加木质素显著提高了水凝胶的刚度和拉伸强度。木质素和柠檬酸的组合被用作添加剂,以获得一系列的机械性能,并打印了一组样品部件-所有这些都具有不同的性能梯度。

设计为FGM样品的制造工作流程。图片来自斯图加特大学。
设计为FGM样品的制造工作流程。图片来自斯图加特大学。

然后生成专门设计用于在每个部分中创建精确刚度曲线的自定义G代码。通过精心控制的挤出,团队将梯度信息嵌入到部件的实际设计中。一旦印刷,样品可以在独特的轮廓中变形,这在零件的几何形状上的刚度变化。最终,研究人员在每个样品中具有“编程”一组所需的变形几何形状。

由于刚度变化而具有可编程变形的样品。图片来自斯图加特大学。
由于刚度变化而具有可编程变形的样品。图片来自斯图加特大学。

该研究的更多细节可以在题为“具有连续、多向刚度梯度的纤维素基材料的添加剂制造'。它是由P.A.G.G.G.Giachini,S. Gupta,W. Wang,D. Wood,M. Yunusa,E. Baharlou,M. Sitti和A. Menges和A. Menges和A. Menges和A. Menges和A. Menges和A. Menges和A. Menges和A. Menges。

在3D印刷材料中有一个正在进行的研究流,特别是要与挤出的am一起使用的长丝。今年早些时候,在斯洛伐克,研究人员开发了一套新的,低成本的混合材料FOF。它们加强了Petg灯丝,具有膨胀的石墨和碳纤维,以提高其机械和热性能,将其品牌为“极强”。在其他地方,在希腊,研究人员已经确定了回用对ABS力学性能的影响灯丝。

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特征图像显示了由于刚度变化而产生可编程变形的样本。图片来自斯图加特大学。

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