3 d打印技术

宾厄姆顿大学的科学家3D打印可重构液态金属晶格

科学家们宾厄姆顿大学沃森工程学院(Watson School of Engineering)使用3D打印技术制造了一种可重构的液态金属晶格手。

由液态金属与3D打印的外壳骨架结合而成,作为变形T-1000终结者的一部分,这个金属附件不会显得不协调。这种新型混合制造方法集成了3D打印、真空铸造和保形涂层,以产生形状记忆效果,将晶格材料固定在任何预先设计的外壳内。

宾汉姆顿的科学家们说,这项技术使金属晶格具有可回收的能量吸收、可调整的刚性和可重构的行为,这有助于在航空航天工业中维护和修复。

液态金属栅格手在原始原型栅格。图片来自宾厄姆顿大学的张教授。
液态金属栅格手在原始原型栅格。图片来自宾厄姆顿大学的张教授。

液态金属晶格的应用

由于形状记忆聚合物固有的灵活性和易于制造,以前的研究使用了形状记忆聚合物,这导致了在软植入物、可调谐波控制和可展开组件的应用。去年四月,来自罗格斯大学16不伦瑞克该公司使用3D打印技术,利用形状记忆聚合物生产灵活、轻质的材料。

然而,根据沃森团队的说法,与Field的金属相比,形状记忆聚合物表现出诸如响应速度慢、导热系数低和能量吸收少等局限性。与此同时,3D打印技术的进步也允许生产具有更复杂几何形状、层次结构和渐变设计的网格。宾厄姆顿的科学家们将这些技术结合起来,创造了他们独特的液态金属材料。

通过在材料上涂上不同规格的弹性体外壳,科学家们生产出了四种原型产品,包括引人注目的“终结者”手。其他原型还包括蜂巢、足球、由天线组成的“蜘蛛网”和字母BUME(宾汉姆顿大学机械工程)。

利用增材制造制造栅格

制作过程始于使用商用数字光投影仪(DLP)打印机,用橡胶和金属3D打印出一个外壳骨架。然后骨架被热的液态金属栅格填满,该栅格是用Field’s合金制造的,这种金属由于其低熔点62,在核工程中被用作液体冷却剂o当晶格冷却后,它变得更有韧性,可以适合任何形状或设计。当金属被加热到熔点时,它就会变成液态,并且可以重新利用和重塑。

在测试过程中,这种格子手被重新塑造成两种临时形状,在重新熔化后,几乎100%的液态金属被回收,这使得宾厄姆顿的科学家们预测,它可以以任何人类手可能做出的动作的形式出现。测试发现了制造精度和铸造/涂层缺陷,但科学家们表示,这些不一致性可以在未来通过利用现有的工艺,如基于激光的增材制造来解决。

这些原型展示了增强的特性,如可回收的能量吸收,可调整的形状和刚度,以及可重构的行为。使用菲尔德的金属也使部件比聚合物具有更大的硬度,因此可以耗散更多的能量。与其他形状记忆合金相比,液态金属晶格材料表现出更大的可逆应变范围,这是由于其硬到软的集成设计。

这些特性使液态金属晶格材料在工程和航空航天应用中具有作为可回收保护层或缓冲层的潜力。“如果宇宙飞船着陆在月球或火星上产生某种影响,它可能会坠毁。通常,工程师使用铝或钢来制造缓冲结构,但在你登陆月球后,金属吸收了能量并变形。它结束了,你只能用一次。”“使用菲尔德的合金,你可以像其他金属一样撞击它,然后加热它,使其恢复形状。你可以反复使用它,”教授补充道。

沃森团队已经在研究这种金属晶格,包括不同的结构类型和改进的涂层材料,目标是生产一个全液态晶格机器人。

液态金属以前的应用包括生产PCB板。照片通过材料和设计。

液态金属3D打印的电子应用

液态金属已经应用于3D打印行业的一系列应用中,最常见的是3D打印电子产品。2018年4月俄勒冈州立大学他发现,将液态金属合金Galinstan与镍结合,就能制造出一种可以3D打印成具有弹性的糊状物,导电组件

来自北京的研究人员在2017年火柴大赛上宣布,他们已经使用3D打印和液态金属注射作为一种新的方式来实现创建功能电气元件,并发表了一篇关于使用该工艺创建PCB板的论文。

2013年3月北卡罗莱纳州立大学开发了一种新的方法印刷导电金属在室温下。他们确定了该技术的潜在应用范围,从柔软的、可伸缩的、形状可重构的模拟物到电线、电子互连、电极和天线。

沃森工程学院研究人员的发现在他们的论文《具有可恢复和可重构行为的多功能液态金属晶格材料,发表在科学指引论文由邓方航、阮广卡、张浦共同撰写。

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这是由宾汉姆顿大学的科学家制作的液态金属格子手。图片来源:张/宾厄姆顿大学。

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