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马丁路德大学研究人员开发新型混合3D打印工艺:挤出+喷墨技术

2020年12月,南极熊获悉,来自哈勒-维滕贝格马丁路德大学(MLU)的一个研究小组开发了一种新的混合增材制造工艺,将挤出和喷墨两种3D打印工艺结合起来。

这种方法的一大作用是可将液体油墨直接集成到固体材料基质中,例如可以将活性医疗成分在最初的制造阶段就被纳入药物输送设备中。团队还确定了在结构工程中的应用,比如将荧光液体容纳在固体结构部件中,使用户能够以可视化的方式监测裂缝。

论文的合著者Wolfgang Binder教授指出:"这种技术的未来在于更复杂的方法,结合多个生产步骤。这就是为什么我们要寻找一种在打印过程中直接将液体集成到材料中的方法。"

结合固体和液体

3D打印,一般来说是制造固体零件作为最终产品。在使用液体作为原材料的情况下,它们在离开构建室之前要么被固化,要么被冷却成固体形式。因此,如果最终的部件包含一部分液体,则必须在打印完成后添加,这可能增加了成本或者很难实现。 

为了实现这一过程的自动化,MLU团队将一台FDM挤出机和一台喷墨点胶机结合到一个定制的混合实验室设置中。这套系统能够在挤出的层之间分配液滴,从而有针对性地实现精确的多相材料集成。

△内含发光油的PCL部件的3D打印,图片来自MLU

双相3D打印的应用

在整个研究过程中,MLU团队用两个不同的用例对系统进行了测试。首先,机器被用于将活性液体制剂集成到可生物降解的胶囊中,创造了一种具有芯壳结构的可摄取药物输送装置。Binder补充说:"我们能够证明活性成分不受打印过程的影响,并且保持活性。"

接下来,研究人员将一种发光液体融入聚合物胶囊(FDM工艺打印的PCL材料)中,如果外壳损坏并形成裂缝,液体就会泄漏。虽然用现在的X射线技术可以很容易地检测到金属的微损伤,但对于塑料来说却不能这样说,MLU确实可以提供一种新颖的方法。

除了研究中测试的两种之外,研究人员还发现了这项技术其他一些潜在应用,例如3D打印电池。在这种情况下,固体电极和外壳将被挤出,而液体电解质将被沉积到封闭的内部腔室中。因此,一个综合系统可以执行整个电池组装线的所有功能。

更多的研究细节可以在题为 "3D Printing of Core–Shell Capsule Composites for Post‐Reactive and Damage Sensing Applications "的论文中找到。该论文由Wolfgang Binder和Harald Rupp共同撰写。


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