Naukowcy opracowują odkształcalne dysze, które mogą kontrolować kierunek włókien w drukowanych obiektach 3D

Osadzanie włókien w obiektach drukowanych 3D może służyć do zwiększenia przewodności lub dodatkowej wytrzymałości tych obiektów. Teraz inżynierowie opracowali odkształcalną dyszę druku, aby zmienić kierunek tych włókien podczas procesu drukowania. Ogólnie rzecz biorąc, krótkie włókna materiałów funkcjonalnych, takich jak węgiel, są po prostu mieszane z medium druku, a następnie wytłaczane razem. W związku z tym, zwykle kończy się w przypadkowym bałaganie w stosunku do siebie. Jest to możliwe w przypadku niektórych aplikacji, ale nie jest możliwe dla innych aplikacji.

Aby znaleźć alternatywę z większą kontrolą, inżynierowie z University of Maryland wykorzystali proces drukowania "PolyJet" do stworzenia prototypowej dyszy drukarskiej z nadmuchiwanym siłownikiem z boku dyszy. Poprzez selektywne wciągnięcie i wyjście powietrza zmienia się kształt dyszy, zmieniając kierunek włókna na pojedynczym nośniku druku, który stale wytłacza.

W teście urządzenia, struktura została wydrukowana hydrożelem zawierającym mikrowłókna węglowe. W niektórych obszarach stosunkowo losowa orientacja włókien powoduje, że materiał puchnie równo we wszystkich kierunkach, gdy pochłania wodę. W innych obszarach kierunek włókien jest stosunkowo spójny, co powoduje, że materiał rozszerza się w jednym kierunku.

Technologia ta może znaleźć swoje miejsce w dziedzinie zwanej "drukowaniem 4D", w której obiekty drukowane 3D zmieniają swój kształt w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne. Może być również stosowany do bardziej tradycyjnych obiektów drukowanych 3D, które mają różne właściwości elastyczne, termiczne, magnetyczne lub elektryczne w różnych obszarach.

"Zapewniając naukowcom dostępną metodę drukowania 3D wypełnionych włóknami materiałami kompozytowymi i kontrolować ich orientację włókien w razie potrzeby, kontrolując w ten sposób ich ostateczną wydajność, praca ta otwiera drzwi do nowych zastosowań druku 3D, które wykorzystują te unikalne właściwości materiału i unikalne funkcje, które osiągają", powiedział Ryan Sochol, profesor nadzwyczajny, który uczestniczył w tych badaniach.

Artykuł na temat tych badań prowadzonych przez Connora Armstronga został niedawno opublikowany w czasopiśmie Advanced Materials Technology.