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新型聚合物问世 使用于3D打印的沙子具有超级强度

2021-11-18 07:53 · 稿源: cnbeta

美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员设计了一种新型聚合物,用于粘结剂喷射3D制造中的硅砂,这是一种3D打印方法,被工业界用于原型设计和零件生产。这种可打印的聚合物能够使沙子结构具有复杂的几何形状和特殊的强度,而且还能溶于水。

发表在《自然-通讯》上的这项研究展示了一座3D打印的沙桥,6.5厘米的沙桥可以承受300倍于自身重量的重量,这一壮举类似于12座帝国大厦坐在布鲁克林大桥上。粘合剂喷射打印过程比工业界使用的其他3D打印方法更便宜、更快速,并使其有可能从各种粉末状材料中创建3D结构,在成本和可扩展性方面具有优势。这一概念源于喷墨打印,但不是使用墨水,而是由打印头喷射出液体聚合物来结合粉末状材料,如沙子,逐层建立起一个三维设计。结合的聚合物使打印的沙子具有强度。

该团队利用聚合物的专业知识,定制了一种聚乙烯亚胺(或PEI)粘合剂,与传统的粘合剂相比,它使沙子部件的强度提高了一倍。通过粘合剂喷射打印的部件在从打印床中取出时最初是多孔的。它们可以通过在设计中渗入一种叫做氰基丙烯酸酯的超级胶水材料来加强,这种材料可以填补缝隙。这第二步在第一步的基础上提供了八倍的强度增加,使聚合物沙子复合材料比任何其他和任何已知的建筑材料(包括砖石)更坚固。

用传统粘合剂形成的部件通过渗透材料(如超级胶水)变得更密实,但没有一个能达到接近PEI粘合剂的性能。PEI粘合剂令人印象深刻的强度源于聚合物在固化过程中与氰基丙烯酸酯反应的方式。这种高强度聚合物沙子复合材料提升了可以用粘合剂喷射方法制造的零件复杂性,实现了更复杂的几何形状,并扩大了制造、工具和建筑的应用。

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