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最轻和最强的材料:石墨烯气凝胶3D打印机

2018-10-26 09:27
来源: 3D虎

技术发展和市场应用是互相促进的关系,当这种促进关系达到某个临界点,往往会呈现爆发式发展。3D打印行业的情况就有此趋势,随着近年行业的成熟以及实际应用的不断扩张,各类型的3D打印设备及材料如今层出不穷,例如近期比较热的石墨烯气凝胶3D打印机。

最轻和最强的材料:石墨烯气凝胶3D打印机

石墨烯是地球上强度最高的材料之一,并且重量极轻,还具有出色的导电性能,目前主要用于电池和航空航天工业。然而,2D状态的石墨烯是单层的碳原子,由于石墨烯的特性,如果仅是简单的叠加,其出色的性能只能在约一张纸的厚度组成上体现,但复杂三维结构经常是现代工业需要的。

研究人员曾使用激光开发出3D打印的石墨烯泡沫,但是在实际测试中,该方法并不完美。2016年,美国堪萨斯州立大学和布法罗大学创造性地开发出新的石墨烯组件并将其冻结,这种材料被称为石墨烯气凝胶,其多孔结构允许石墨烯拥有惊人力学性能的同时,保持材料超轻的重量,这个成果看似简单,其实过程艰难,是一项了不起的成就。

而下一步,科学家们需要不断完善石墨烯气凝胶的3D打印技术,该团队使用类似FDM 3D打印机的原理进行构建,被吉尼斯世界纪录正式认可为“2018年密度最小的3D打印结构”,打印件强度远超钢铁,并具有超强的导电性、柔韧性。

最轻和最强的材料:石墨烯气凝胶3D打印机

最新的发展由弗吉尼亚理工大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室完成,他们将石墨烯气凝胶与光敏树脂融合,应用投影微型光固化技术(PUSL)进行固化成型,并在炉子中干燥结构去除其他成分组成,能够达到低至10μm的石墨烯气凝胶3D打印机层,这是迄今为止最接近2D石墨烯碳原子的3D打印厚度。

最轻和最强的材料:石墨烯气凝胶3D打印机

这项开创性的石墨烯气凝胶3D打印技术使研究人员能够打印出非常复杂的结构和形状,使其保持超轻量和强度,还允许创建不同的格子,未来可能彻底改变变汽车和航空航天工业零件的生产。由于其具有出色的导电性能,石墨烯气凝胶3D打印机还可以应用于制作受损的电生成组织替代物,例如神经,骨骼或骨骼和心肌,还可用于3D打印石墨烯电池,更有效的存储能量。

最轻和最强的材料:石墨烯气凝胶3D打印机

石墨烯气凝胶3D打印机的潜力巨大,而且石墨烯本身已对许多行业产生显着影响。该团队的郑晓宇先生表示,工业设计师如今无需考虑石墨烯片构建三维结构的限制,石墨烯气凝胶3D打印机可以达到极高的制造自由,轻松达成强度、电导率、质量传递和重量密度的优化,3D打印机在这个过程中扮演者至关重要的角色。

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