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AM:投影式光固化打印液晶彈性體耗能結構

光固化
2020
12/25
09:05
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來源:EngineeringForLife

投影式光固化3D打印可創(chuàng)建具有特定微觀和宏觀體系的復雜層級結構,,而這些復雜層級結構是目前傳統(tǒng)制造方法無法實現(xiàn)的。近期,,來自科羅拉多大學的Christopher M. Yakacki教授團隊及南方科技大學機械與能源工程系的葛锜教授團隊在“Advanced Materials”期刊上發(fā)表了“Liquid-Crystal-Elastomer-Based Dissipative Structures by Digital Light Processing 3D Printing”一文,,該研究提出了一種可進行投影式光固化打印的液晶彈性體(LCE)樹脂材料,該材料可用于打印各種復雜且具有高精度的耗能器件,。用該材料打印出結構的能量耗散效果為商用光敏樹脂的27倍,,其特殊的機械性能有助于高能量吸收器件的發(fā)展及應用。

首先,,研究人員開發(fā)了一種新型光固化LCE樹脂,,通過使用光固化投影打印的LCE結構(圖1、圖2)具有跨尺度可控的力學特性,,具體表現(xiàn)為:在介觀尺度上,,粘彈性通過化學來調(diào)節(jié);在微觀尺度上,,力學行為通過晶格結構來控制,;在宏觀尺度上,通過調(diào)控打印器件的幾何形狀來實現(xiàn)力學特性的控制,。
圖1 從不同尺度(介觀,、微觀及宏觀)上展示打印效果

圖2 光固化投影打印的LCE脊椎支架結構

其次,研究人員使用LCE樹脂打印了具有正交各向異性,、各向同性和橫向各向同性對稱性的三種不同的晶格結構(圖4),,并通過壓縮試驗對兩種材料打印的結構性能進行了比較。最終實驗結果顯示LCE晶格的峰值應力遠遠大于商用樹脂晶格,。

圖3 打印結構的應力響應力學測試

最后,,研究人員對LEC打印結構進行了應變能密度及阻尼性能(圖4)測試,結果顯示其具有很好的緩沖耗能效果,。

圖4 不同晶格材料的應變能密度及材料的阻尼性能

總的來說,,該研究研發(fā)了一種光固化LCE樹脂,并使用投影式光固化打印方法制成耗能結構,,最終使其耗能效果遠優(yōu)于商用光固化樹脂制成的結構,。展望未來,由于LCE材料具有優(yōu)越的能量耗散性,,可根據(jù)壓縮速率調(diào)整其剛度,,從而在更大范圍的沖擊條件下提供保護,結合增材制造技術能夠針對特定應用輕松優(yōu)化打印結構的力學性能,,使其在運動和個人防護設備以及生物醫(yī)療設備中發(fā)揮巨大的作用,。

論文鏈接:
https://doi.org/10.1002/adma.202000797

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