近日，英国Bristol大学的一支研究团队开发出了一种开发3D打印复合材料的新方法，将有可能推动多材料3D打印技术的发展。
据南极熊了解，这种方法的原理是利用超声波精确控制细小增强型纤维的排列和位置，令它们形成一种坚固的微观框架结构，从而显著提升材料强度。
“新方法的基础概念很简单，就是将液态树脂与百万计的微小纤维混合然后进行打印，”新方法的开发者，博士生Tom Llewellyn-Jones解释说，“这种新材料很容易使用，可轻松通过细小的喷嘴到达理想的位置。具体的打印过程与其它3D打印工艺相同，都是层层叠加。”
在开发中，研究者们面临的最大挑战就是需要找到一种方法来操纵细小的纤维，让它们形成正确的结构，因为只有这样才能令复合材料具有超高的强度。最后，他们发现超声波能够解决这个问题 — 在实际打印中，只需变换超声波的驻波模式就能实现对每个纤维的精确控制。
“超声波会在液态塑料中形成一个结构力场，从而令纤维在其中低压区域（又称节点）排列对齐，”Llewellyn-Jones解释说，“之后只要用聚焦激光束进行固化，这些纤维就会被固定住。”
通过在现有的3D打印机上安装可切换的聚焦激光模块，研究者们已经使用这种新方法实现了20毫米/秒的打印速度 — 这已经达到了常规3D打印的速度。此外，这种方法的优点还包括：灵活性高，可实现传统方法无法创建的结构；能使用几乎任何类型、尺寸或形状的纤维，从而开发出更多的智能材料。
“我们的工作首次展现了在3D打印过程中对材料微观结构分布的实时控制，以及制造具有复杂微观结构的快速原型是具有很大发展潜力的，”Bristol大学机械工程系超声学教授Bruce Drinkwater表示“这种定向控制法将令我们得以在不损失其它打印优点的情况下制造出具有特定材料性质的物体。”
“此外，我们的方法在智能材料方面也具有很强的应用价值，比如3D打印出树脂填充胶囊以用于开发自愈材料或用于收集能量的压电粒子。”Bristol大学航空航天工程系博士Richard Trask补充说道。
目前，关于这种新方法的研究论文 — 《使用超声波控制微观尺度结构的3D打印部件已经发表在了最新一期的《智能材料与结构》杂志上。如果你对它感兴趣，不妨点击这里拜读一下。
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