用于3D打印大型物体的可膨胀泡沫

供稿人：马浩宇 李涤尘
供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

当前，3D打印领域所成形的对象尺寸必须小于成型设备尺寸，这大大限制了可成形零件的尺寸范围，较大尺寸的设备并不适合打印大型零件，因为它们占用太多空间并且需要过多的打印时间。现在，ACS Applied Materials & Interfaces期刊报道的一种新材料可用于3D打印受热膨胀的小物体，这种泡沫可用于建筑、航空航天和生物医学。

加州大学圣地亚哥分校的David Wirth及其同事开发了一种可膨胀树脂，该树脂可用于使用廉价的市售立体光刻3D打印机打印大型物体。研究人员测试了许多不同的树脂配方，以找到一种可以让他们打印出受热时会膨胀到更大尺寸的物体，他们使用该配方通过3D打印成形一个空心的格子球体，工艺流程如图1。在烘箱中加热球体会导致树脂的挥发性成分以气体形式冒泡出来，这创造了一种多孔的聚苯乙烯泡沫状材料，其体积比原始打印对象大40倍。

图1 打印区域两次划分

为了验证膨胀样品的机械性能，对样品进行了压缩性能测试。结果如图2，加热后，没有明显膨胀的样品的机械刚度增加，显著膨胀的样品的机械性能发生了巨大变化，刚度和密度都急剧下降。使用这种方法，该团队还3D打印了许多其他模型，包括一艘船，它在扩大后可以承载约20倍的重量，以及一个风力涡轮机，它可以在更大的尺寸下产生少量电力。尽管这种新材料不如聚苯乙烯泡沫那么坚固，但总有一天它可以用于缓冲、机翼、浮力辅助设备，甚至是宇航员的可扩展栖息地。

图2 泡沫聚合物和原始聚合物的压缩性能测试

参考文献：
David M. Wirth, Anna Jaquez, Sofia Gandarilla, Justin D. Hochberg, Derek C. Church, and Jonathan K. Pokorski. Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing. ACS Applied Materials & Interfaces 2020 12 (16), 19033-19043