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自愈合材料让3D打印各向力学同性自支撑复杂结构像搭积木一样简单
文章来源:本站 人气: 1078 发表时间: 2021-03-02 17:00

智能制造领导的第四次工业革命席卷世界,新的制造技术不断出现,3D印刷确实是其领导者,其出色的按需制造复杂、精巧、个性化结构的能力,深深地影响着各行各业,受到学术界和产业界的广泛关注。熔融沉积成型(FDM)因其成本低、操作简单、与各种材料兼容而成为各种3D打印技术中最常见、最经济的选择之一。但是FDM在构造复杂结构时,往往需要有支撑结构,从而大大增加了加工的复杂性和成本。层间附着力差,对打印品的机械稳定性影响很大。另外,由于打印产品的尺寸受3D打印机尺寸的限制,小型3D打印机很难生产大型产品。

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为了解决上述问题,东华大学游正伟教授提出了一种简单易行的“打印-愈合”策略,该策略基于所设计材料的多重动态网络,能有效地解决上述问题。

 

基于最近几年该团队对聚肟氨酯自愈合的研究,作者设计了一种Cu-DOU-CPU的聚合物材料,该材料有三个动态键,即中央处理器和可逆的肟氨酯键、中央处理器金属配位键和氢键,使材料具有良好的室温自愈合性能。高温下,链间动态键的交换反应加快,聚合物内部的交联网发生拓扑重组,在剪切力的作用下,其挤出性能良好,能在打印时间范围内快速重构。为了解决打印复杂结构物体时的支撑问题,受乐高积木的启发,作者将复杂的三维结构分成简单的结构进行打印,并利用材料的自愈合特性将零件从简单组装到复杂,从而实现复杂三维结构的无支撑三维打印。针对逐层堆积的加工方式造成打印产品层间强度相对较弱的问题,在层间引入包括化学键在内的多重连接,利用肟氨酯键、金属配位键和氢键的动态性,实现3D打印产品层间强度的显着提高,在3D打印技术上实现力学同性材料的自愈合性可以自发修复损坏的打印品,延长寿命。而且设计的聚合物原料都是便宜易得的化工原料,合成方法简单,容易实现大规模生产。

印刷-愈合战略具有普遍性,可应用于其他具有动态网络的自愈合材料,其中包括自我修复材料和自我修复材料,它们需要适当的外部刺激(例如光和磁场)。随着自修复材料的快速发展,这种方法对于制备不同性能的产品和实现一系列新的应用具有重要意义。

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这项3D打印技术得到了多项基金项目的支持。






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