哈佛工程師利用新的材料和3D打印技術(shù)制作輕質(zhì)蜂窩復(fù)合材料

南極熊3D打印網(wǎng)報(bào)道
當(dāng)前在3D打印中使用的塑料材料,，主要是熱塑性塑料和UV固化樹脂這兩類，而這兩種類型的材料通常都不被認(rèn)為是工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用的解決方案,。但如今,，哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院的材料科學(xué)家與Wyss生物啟發(fā)的工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）聯(lián)手開發(fā)出了一種可3D打印的環(huán)氧基熱固性樹脂材料，這種材料可用于構(gòu)件3D打印輕質(zhì)架構(gòu),。
這些新的3D油墨是在環(huán)氧樹脂中加入了納米粘土片（nanoclay platelets）以增強(qiáng)粘度和一種二甲基甲基膦酸酯（dimethyl methylphosphonate）化合物,。另外還向此混合物中添加了兩種填料：金剛砂(silicon carbide)和碳纖維。纖維填充墨水的多功能性和強(qiáng)度的關(guān)鍵是控制填料的沉積方向,。
現(xiàn)在,，利用這些纖維增強(qiáng)的環(huán)氧熱固性樹脂和3D打印，材料科學(xué)家已經(jīng)研制出蜂窩復(fù)合材料,，模仿了輕質(zhì)木材的結(jié)構(gòu)和性能,，且擁有前所未有的輕量和剛度。
“輕質(zhì)木材具有蜂窩結(jié)構(gòu),，能最大限度地減少它的重量,，因?yàn)榇蟛糠纸Y(jié)構(gòu)都是空的，只有表面承載重量,，因此它具有頗高的比剛度和強(qiáng)度,。”在哈佛大學(xué)SEAS的Wyss生物啟發(fā)的工程研究所的教授Jennifer A.Leewis說(shuō),，“我們借這個(gè)設(shè)計(jì)概念并在一個(gè)工程復(fù)合材料中模仿它,。”
輕質(zhì)木材是用在風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片中的,，因?yàn)樗闹亓枯p,，而且剛度相對(duì)密度非常適合。但輕質(zhì)木材非常貴,，而且它自然的變化會(huì)成為所需精確度越來(lái)越高的渦輪葉片的一個(gè)障礙,。

但新的蜂窩復(fù)合材料“比輕質(zhì)木材更硬，比商業(yè)3D打印聚合物要硬10到20倍,，比最佳的打印聚合物復(fù)合材料還要硬2倍,�,！毖芯咳藛T在文章《3D打印輕質(zhì)蜂窩復(fù)合材料》中描述他們的研究結(jié)果，這篇文章在期刊《Advanced Materials》中發(fā)布,，是和她的小組前成員Lewis和Brett G.Compton共同撰寫的,。

“這篇文章表明，這是第一次利用纖維增強(qiáng)的表面3D打印出蜂窩復(fù)合材料,�,！甭槭±砉W(xué)院材料科學(xué)和機(jī)械工程教授及世界領(lǐng)先的蜂窩復(fù)合材料專家Lorna Gibson說(shuō)，“特別重要的是纖維可以對(duì)齊的方式——通過(guò)控制纖維的縱橫比的長(zhǎng)度相對(duì)直接和噴嘴直徑,。這標(biāo)志著我們?cè)谀７履静脑O(shè)計(jì)工程材料進(jìn)程的中邁出了重要的一步�,！�

據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解,，這種材料部件可以用于風(fēng)力渦輪機(jī),，而且可以用于汽車行業(yè),。汽車行業(yè)需要利用輕質(zhì)材料幫助汽車達(dá)到政府規(guī)定的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn),。
Lewis稱,，他們下一步將測(cè)試熱固性樹脂能否用于各種建筑。
“當(dāng)我們獲得了更高水平的填料對(duì)齊控制技術(shù)和學(xué)會(huì)了如何更好地整合組件的定位時(shí),，我們可以進(jìn)一步優(yōu)化組件的設(shè)計(jì)和提高材料的利用率,�,！泵绹�(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）的添加制造科學(xué)家Compton補(bǔ)充,，“最后，我們將能夠使用3D打印技術(shù)去改變纖維填料對(duì)齊的程度及工作的局部組成,�,！边@不僅可能會(huì)促進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研究進(jìn)展,，也可能會(huì)促進(jìn)導(dǎo)電復(fù)合材料的研究進(jìn)展,。

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