Drukowanie 3D lepkich materiałów: Postęp w kierunku 3D drukowanego paliwa rakietowego, środków farmaceutycznych, ciasta ciasteczkowego

Ale dzięki nowym badaniom z Uniwersytetu Purdue możliwe jest uzyskanie precyzyjnych wydruków 3D przy użyciu wyjątkowo lepkich materiałów o konsystencji ciasta ciasteczkowego i gliny.

"To bardzo ekscytujące, że możemy drukować materiały o konsystencjach, których nikt nie był w stanie wydrukować. Możemy drukować 3D różne tekstury żywności; implanty biomedyczne, takie jak korony dentystyczne wykonane z ceramiki, można dostosować. Apteki mogą drukować spersonalizowane leki 3D, więc osoba musi zażywać jedną tabletkę, zamiast 10 - mówi Emre Gundez, asystent profesora nauk w Wyższej Szkole Inżynierii Mechanicznej na Uniwersytecie.

Podczas gdy inne rozwiązania nieodłączne problemy związane z drukiem 3D z lepkimi materiałami faktycznie wymagają zmiany składu materiału, naukowcy Purdue próbowali czegoś zupełnie innego - stosując wibracje ultradźwiękowe o wysokiej amplitudzie bezpośrednio do dyszy drukarki 3D. Ultradźwiękowa manipulacja może prowadzić do unikalnych innowacji w druku 3D.

Gundez wyjaśnił: "Odkryliśmy, że poprzez wibrację dyszy w bardzo specyficzny sposób, możemy zmniejszyć tarcie na ściankach dyszy, a materiał po prostu węże przez. "

To przełomowe rozwiązanie może pewnego dnia doprowadzić do drukowania 3D implantów biomedycznych, ceramiki dostosowanej do potrzeb klienta, żywności (która nie życzy sobie własnej drukarki 3D do ciastek?), farmaceutyków, a nawet solidnych rakiet paliwo. Zespół prowadzi badania w Zucrow Labs w kampusie, który jest największym akademickim laboratorium napędowym na świecie.

Naukowcy opublikowali niedawno artykuł zatytułowany "Drukowanie 3D bardzo lepkich materiałów z wykorzystaniem drgań ultradźwiękowych, "W dzienniku Additive Manufacturing; współautorami są: Gundez, Monique S. McClain, P. Cattani, G.T.C. Chiu, J.F. Rhoads i S.F. Syn; McClain i Syn pochodzą zarówno z Wyższej Szkoły Aeronautyki i Astronautyki.

Streszczenie brzmi: "Heterogeniczne materiały stosowane w aplikacjach biomedycznych, strukturalnych i elektronicznych zawierają dużą część ciał stałych (> 60% obj.) I wykazują wyjątkowo wysoką lepkość (μ> 1000 Pa · s), co utrudnia ich drukowanie 3D z wykorzystaniem istniejących technologii. Badanie to wykazuje, że wzbudzanie wibracji ultradźwiękowych o wysokiej amplitudzie zapewnia odpowiednie siły bezwładności tych materiałów, aby radykalnie zmniejszyć skuteczne tarcie ścian i naprężenia przepływu, umożliwiając drukowanie 3D z umiarkowanym ciśnieniem wstecznym (<1 MPa) z dużymi prędkościami iz precyzyjnym przepływem kontrola. ToEfekt ten wykorzystuje się do wykazania drukowania handlowo polimer gliny, kompozyt aluminium-polimer i usztywnionych kremówki o lepkości aż do 14000 Pa-s przy minimalnej porowatości resztkowej z szybkościami porównywalnymi do wytłaczania termoplastycznego. Ta nowa metoda może znacznie rozszerzyć rodzaj materiałów, które można drukować w celu wytworzenia funkcjonalnych części bez polegania na specjalnych preparatach do ścinania / termicznego rozcieńczania lub rozpuszczalnikach w celu obniżenia lepkości składnika plastyfikującego. Wytrzymałość na wysoką wydajność materiałów drukowanych umożliwia również wytwarzanie Swobodne forma 3D przy minimalnej konieczności podporach.”

Do tej pory zespół badawczy Purdue odniosła sukces w pozycji drukowania 3D za pomocą lepkich materiałów z 100 mikronów precyzja - lepsza niż większość obecnie dostępnych drukarek 3D dla konsumentów - a także zachowane wysokie prędkości drukowania.

"Najbardziej rozpowszechnioną formą druku 3D jest wytłaczanie termoplastyczne. Zazwyczaj jest to wystarczająco dobre dla prototypów, ale do rzeczywistej produkcji potrzebne są materiały o wysokiej wytrzymałości, takie jak ceramika lub kompozyty metalowe o dużej zawartości cząstek stałych "- wyjaśnił Gundez. „Prekursorami tych materiałów są bardzo lepkie, a zwykłe drukarki 3D nie można ich złożenia, ponieważ nie może być popychany przez małą dyszę.”

Wizualizacja ten szczególny proces druku 3D nie jest łatwe, ze względu na nieprzezroczystych materiałów oraz fakt, że powierzchnie są ukryte wewnątrz dyszy drukarki 3D za.

Tak, naukowcy wykonane napęd do Argonne National Laboratory, poza Chicago i skorzystał z wysoką prędkością mikroskopowe zdjęcia rentgenowskie, aby zobaczyć wnętrze dyszy. To pozwoliło im uzyskać dokładny pomiar przepływu materiału podobnego do gliny po raz pierwszy.

"Rezultaty były naprawdę uderzające. Nikt nigdy nie charakteryzował się lepkim przepływem przez kanał w ten sposób "- powiedział Gundez. "Byliśmy w stanie oszacować przepływ i zrozumieć, jak działa nasza metoda."

Drukowanie 3D daje producentom możliwość dostosowania geometrii rakiety, a także modyfikowania jej spalania. Więc pierwsze praktyczne zastosowanie zespół rozważa za innowacyjne metody jest stałe paliwo rakietowe, które wykazały potencjał do drukowania 3D.

„Stałe paliwa rozpocząć się bardzo lepki, jak konsystencji ciasta, ciasteczka. Jest bardzo trudny do wydrukowania, ponieważ utwardza ​​się z czasem i jest bardzo wrażliwy na temperaturę "- wyjaśnił doktorant McClain."Ale dzięki tej metodzie mogliśmy drukować nici z litego paliwa płonącego porównywalnie z metodami tradycyjnymi."

McClain 3D wydrukował jakieś dwucentymetrowe próbki, aby przetestować spalanie. Próbki zostały następnie zapalone w naczyniu o wysokim ciśnieniu (do 1000 funtów PSI), a naukowcy przeanalizowali film w zwolnionym tempie z powstałego oparzenia.

"Możemy chcieć przyspieszyć spalanie niektórych części. lub wolniej, lub coś, co płonie szybciej w środku niż na zewnątrz. Możemy to stworzyć znacznie dokładniej dzięki tej metodzie drukowania 3D "- powiedział McClain.

Porozmawiaj o tej historii i innych tematach drukowania 3D na stronie 3DPrintBoard.com lub podziel się poniższymi przemyśleniami