Mighty Morphing 3D-utskrift: nytt munstycke revolutionerar 4D-utskrift

Ingenjörerna avUniversity of Maryland (UMD) har skapat en ny 3D-utskriftsmunstycke som ändrar form eller “morphing” vilket presenterades som en titelsida i numret av tidningen den 5 januari Avancerad materialteknik.

Här är nyheterna och vad de erbjuder forskarna

Teamets morphing-munstycke erbjuder forskarna nya sätt att 3D-utskrift “fiberfyllda kompositer“: Material som består av korta fibrer som ökar speciella egenskaper jämfört med traditionella 3D-printade delar, såsom att förbättra delarnas hållfasthet eller elektrisk konduktivitet. Utmaningen är att dessa egenskaper är baserade på riktningarna eller “orienteringarna” av de korta fibrerna, tidigare svåra att kontrollera under 3D-utskriftsprocessen.

“När 3D-utskrift med morph-munstycket finns, ligger kraften på deras sidomanöverdon, som kan blåsas upp som en ballong för att ändra formen på munstycket och i sin tur fibrernas orientering”, säger Ryan. Sochol, biträdande professor av maskinteknik och chef för laboratoriet Bioinspired Advanced Manufacturing (BAM) vid UMD:s A. James Clark School of Engineering.

För att visa sitt nya tillvägagångssätt siktade forskarna på nya tillämpningar av “4D-utskrift“. “4D-utskrift hänvisar till det relativt nya konceptet med 3D-utskriftsobjekt som kan omforma eller transformera beroende på deras miljö”, säger UMD maskinteknikprofessor David Bigio, medförfattare till studien.

“I vårt arbete tittade vi på hur tryckta delar sväller när de sänks ned i vatten och, specifikt, om vi kunde ändra svällningsbeteendet med vårt morphingmunstycke.”

De senaste framstegen inom 4D-utskrift baseras på material som kan både “anisotropisk” expansion, svälla mer i en riktning än en annan, såväl som “isotropisk” expansion, identisk svällning i alla riktningar. Tyvärr har byte från ett tillstånd till ett annat i allmänhet krävt forskare att skriva ut med flera olika material.

“Det som var spännande var att upptäcka att vi kunde få ett enda tryckt material att övergå mellan anisotropisk och isotropisk svullnad helt enkelt genom att ändra formen på munstycket under 3D-utskriftsprocessen”, säger Connor Armstrong, huvudförfattare till studien. Armstrong utvecklade tillvägagångssättet som en del av sin magisteruppsatsforskning vid UMD.

“Det är viktigt att munstyckets förmåga att transformera och jämna ut poängen när det gäller svällningsegenskaper inte är begränsad till 4D-utskrift”, säger studiens medförfattare och nyligen utexaminerade maskiningenjörsstudent Noah Todd. “Vår metod skulle kunna tillämpas på 3D-utskrift av många andra kompositmaterial för att anpassa deras elastiska, termiska, magnetiska eller elektriska egenskaper, till exempel.”

Intressant nog, för att bygga själva morphing-munstycket, vände sig teamet faktiskt till en annan 3D-utskriftsteknik som heter “PolyJet Printing”. Detta multimaterial bläckstrålebaserade tillvägagångssätt som erbjuds av UMD:s Terrapin Works 3D Printing Hub gjorde det möjligt för forskarna att 3D-skriva ut sitt munstycke med flexibla material för de uppblåsbara sidoställdonen och formförändrande centrumkanalen, men sedan styva material för det yttre höljet och åtkomsten dörrar.

“Användningen av polyJet 3D-utskrift av flera material har gjort det möjligt för oss att designa munstycket med ett driftseffektområde eller en uppsättning tryckkvantiteter som kan reproduceras i praktiskt taget vilket forskningslaboratorium som helst”, säger studiens medförfattare och kandidat. PhD i maskinteknik Abdullah Alsharhan.

I en tillämpning av detta nya tillvägagångssätt undersöker teamet användningen av sin strategi för att bygga biomedicinska applikationer där blocktryckta objekt kan omformas i närvaro av särskilda stimuli från kroppen. Teamet för också diskussioner med flera laboratorier från försvarsdepartementet för att använda morphing-munstycket för att stödja produktionen av försvarsvapen och andra militära system.

“Genom att ge forskare ett prisvärt sätt att 3D-skriva ut fiberfyllda kompositer med kontroll på begäran av deras fiberorientering och därmed deras slutliga prestanda”, sa Sochol, “öppnar detta arbete dörren till nya tillämpningar av 3D-utskrift som tar fördelen med dessa unika materialegenskaper och de distinkta egenskaper de möjliggör.”

Relaterade Artiklar

Back to top button