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“高精尖领域”的3D打印是这么玩

用挤牙膏的方法来3D打印

但是!但是!王晓龙研究员团队对于已经发展的光固化聚酰亚胺墨水还不满足,认为其性能各方面还是不是最佳,由此,鉴于能够达到更高的综合性能,就有了这个新的研究成果——直书写3D打印光固化聚酰亚胺墨水!

直书写3D打印光固化聚酰亚胺墨水,就是传统制备聚酰亚胺薄膜方法,通过两步成型固化制备3D打印高性能材料。简单来说,就是像挤牙膏、或者做冰淇淋的一样,把材料直接挤出来,然后靠粘性成型。

“高精尖领域”的3D打印是这么玩

图3 挤牙膏和冰激凌

这个技术要解决的关键是:如何将挤出的聚酰亚胺浆料成型和固定。该团队通过在分子链上设计可光固化的因素,在材料被挤出的时候受到紫外曝光从而发生凝固,这样也就达到保持形状的能力,之后再进一步热处理,即可获得高性能的聚酰亚胺复杂结构(图4)。

“高精尖领域”的3D打印是这么玩

图4 直书写3D打印聚酰亚胺设计理念

这种聚酰亚胺材料的机械性能、耐热性及热机械性能在领域内首次达到传统PI材料的80%以上,尺寸收缩率仅为6%(同于FDM、SLA等主流3D打印技术)。研究人员进一步实现了多种可定制的构件制造,如曲面聚酰亚胺成形自由结构(如弹簧、单支悬空件)及耐高温聚酰亚胺导线(图5)。

“高精尖领域”的3D打印是这么玩

图5 直书写增材制造聚酰亚胺功能器件及应用

王晓龙研究员说:“该方法策略不仅适合本研究体系下的聚酰亚胺前驱体制造,而且同样适合其它聚酰亚胺体系,由此能够实现所有通用聚酰亚胺前驱体的增材制造。以后我们还准备实现以聚酰亚胺材料为主体的3D制造工艺装备创新与一站式产业化应用。”

因此,打印制备的复杂结构机械零部件和模型,有望在微电子、仿生材料、人体医疗、航空航天、汽车制造等领域得到发展和应用,为3D打印先进制造技术在高精度、高耐热性、高强度的复杂结构零部件和机构的直接快速成型制造方面提供了新的机遇。相信随着科研人员的继续努力,聚酰亚胺材料的3D打印和应用在不久的将来走向市场。

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