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3D打印坚固超弹性TPU泡沫可承受自身2万倍负荷

导读: 得到的TPU泡沫结构重量轻,并且表现出良好的机械强度。他们还拥有前所未有的弹性,超过1000次的压缩循环,以及卓越的坚固性,在超过其自身重量20,000倍的负载之后迅速完全恢复。

2018年4月17日,从外媒获悉,克利夫兰开普西储大学的一个研究小组最近研究了一组有趣的3D打印新材料,这些材料可能有很多有用的应用。 该项目是由Rigoberto Advincula教授与高分子科学与工程系的Qiqi Chen和Peng-Fei Cao共同完成的。 他们的工作在一篇名为“‘Mechanically Robust, Ultraelastic Hierarchical Foam with Tunable Properties via 3D Printing”的论文中详细介绍,发表在Advanced Functional Materials杂志上。该团队使用粘性溶液印刷(VSP)3D打印技术(也称为墨水直写(DIW))制造超弹性泡沫。

3D打印坚固超弹性TPU泡沫可承受自身2万倍负荷

使用数字3D模型的直接打印功能可以高精度地生成复杂的结构,使工程师能够在微观和宏观尺度上对孔隙度进行大量控制。该研究使用聚氨酯,一种常见的塑料材料进行。3D打印可以使材料的结构在不同的层面上得到控制,从而使其具有多孔性,从而显著改善所需性能。与模制或铸造方法相比,3D打印在泡沫的最终结构方面提供了更高水平的复杂性。

VSP 3D打印技术利用注射器,将粘性油墨材料挤出到构建板上,设置就位,以便逐层创建3D结构。这种3D打印技术比常规的FDM挤出方法具有优势,因为它可以用更多种类的材料进行打印。这些包括金属,水凝胶和气凝胶,以及陶瓷和热塑性塑料。

在3D打印技术中使用的油墨是触变性材料,这意味着它不流畅并且在外部应力下可变形。这些油墨通过简单的一锅法制备,其中将二重纳米颗粒(纳米粘土和二氧化硅纳米颗粒)分散在聚氨酯悬浮液中。

精确控制油墨的粘度,以及注射器的设计,打印参数和3D设计本身,都可以对最终3D打印结构进行高度控制。热塑性聚氨酯(TPU)是用分级多孔结构制造的。在宏观尺度上,通过将它们放置在最初的3D设计中,在结构中制造更大尺寸的孔。在下一级时,当物体浸入水中时,通过印后相分离过程产生大的微孔。通过化学蚀刻产生最小的微孔。

3D打印坚固超弹性TPU泡沫可承受自身2万倍负荷

得到的TPU泡沫结构重量轻,并且表现出良好的机械强度。他们还拥有前所未有的弹性,超过1000次的压缩循环,以及卓越的坚固性,在超过其自身重量20,000倍的负载之后迅速完全恢复。

超弹性泡沫的机械性能可以根据它们用于的应用进行调整。他们的导电性能也是如此,作为演示,将由泡沫制成的小海绵浸入碳纳米管(CNT)在水中的溶液中。由于van de Waal的强大力量,碳纳米管紧紧抓住TPU泡沫的表面。 干燥后,将泡沫贴在电路板上并用作高灵敏的电阻式电阻率传感器。这实际上是一个弹性电源开关,可以将其压缩以打开或关闭电路。

3D打印坚固超弹性TPU泡沫可承受自身2万倍负荷

除了柔性电子设备外,这种可打印的3D可打印TPU泡沫还可用于改进聚氨酯的许多其他现有应用,包括鞋类(如New Balance的3D印刷教练机)汽车座椅,包装和组织工程脚手架。 油墨混合物也可以改变,以获得与聚氨酯以外的塑料类似的效果。

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