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纽约大学科学家开发用于深海潜水艇的3D打印复合泡沫材料

发布:opticsOJ    |    2018-02-11 08:44    阅读:992
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3D打印泡沫材料的突破可能有助于推进和改进潜艇,使水下设备能够在更大的深度上进行探索。近日,来自纽约大学Tandon工程学院的材料科学研究团队开发了一种3D打印复合泡沫材料的方法,这种复合材料可用于汽车、飞机、船舶和潜艇制造等一系列应用。

复合泡沫材料由微小空心陶瓷或玻璃球与环氧树脂或塑料树脂材料的混合物组成。这种材料在制造业中很受欢迎,因为它的强度、重量和轻便性都令人难以置信。(可以理解的是,这三个特点使得它在潜艇生产中特别有用。)纽约大学的科学家们认为,3D打印复合泡沫材料的能力可以生产具有更好的抗压性和物理性能的更复杂的部件,从而改进目前使用的注塑成型泡沫塑料部件的方法。注塑泡沫塑料虽然效果很好,但要求在成型后连接部件,正如研究人员所说的那样,“引入薄弱环节”。另一方面,3D打印可以制造复杂的部件,从而提高了部件的整体强度。

3D打印复合泡沫材料的工作原理是什么?令人惊讶的是,研究团队能够开发出可以使用现成的3D打印机处理复合泡沫线材。就线材开发而言,这是一个比较复杂的问题。正如研究小组在最近发表的一项研究中解释的那样,在创建可3D打印的灯丝方面面临着一些挑战,包括阻止泡沫的微球体在打印过程中被破坏或堵塞打印机喷嘴。最后,他们创造了一种由高密度聚乙烯塑料(HDPE)制成的可打印长丝和由回收的粉煤灰(煤燃烧的废副产品)组成的微球体。除了可打印性外,复合泡沫材料也是完全可回收的。该项目的机械和航空航天工程副教授Nikhil Gupta解释说:“我们的重点是开发一种可用于商业打印机的灯丝,而不需要改变打印机的硬件。参与该项目的许多参数影响打印过程,包括打印材料、温度和打印速度,找到一种最佳的打印条件是使高质量打印成为可能的关键。”

开发长丝的一个关键要素是找到适当尺寸的微球体,使其能够很容易地穿过打印机喷嘴而不会堵塞。最终,微球体的直径范围为0.04毫米至0.07毫米,可以通过标准的1.7毫米打印机喷嘴。此外,科学家们不得不弄清楚如何将HDPE树脂与微观结构混合在一起,不会完全破坏和压碎中空形状。Gupta的博士生和研究负责人之一的Ashish Kumar Singh说:“我们希望添加尽可能多的空心颗粒,以使材料更轻,但更多的颗粒数量意味着更多的颗粒会在加工过程中破裂。首先在长丝制造过程中,然后在3D打印过程中,空心颗粒的不被破坏需要大量的过程控制。”

令人印象深刻的是,3D打印的复合泡沫材料已经表现出优异的性能。据报道,在拉伸强度和密度方面与注塑部件相当。Singh补充说:“结果表明,3D打印的复合泡沫组件的性能与广泛使用的相同材料的传统注塑件相当。”目前,该团队正在优化可在特定深度运行的潜艇的发展材料。据悉,研究小组已于最近在JOM杂志、“矿物学报”、“金属与材料学会”上发表了两篇关于该研究的独立的论文。此外,纽约大学Tandon机械工程系的团队与来自印度Surathkal的卡纳塔克邦国家技术研究所的一个团队进行了合作。

来源:激光制造商情

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