近來，多材料打印技術備受關注，這并非偶然。無論是制造商還是專業(yè)用戶，這項技術都在飛速發(fā)展，從Bambu Lab和Prusa等公司推出的最新多材料桌面系統(tǒng)，到更多實驗性方案，都展現(xiàn)出巨大的潛力。如今，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員發(fā)布了一種全新的多材料3D打印解決方案。該系統(tǒng)采用多個擠出機，并通過一個專用噴嘴將多個擠出機組合成一股高流量的打印流。據(jù)ORNL稱，該系統(tǒng)在保持與最大擠出機相同打印速度的同時，還具備更高的靈活性和精度。

該項目旨在解決大型擠出機性能不足的問題。首先，這些擠出機重量較大，需要更堅固、更昂貴的龍門架或機器人進行運輸。其次，隨著流量的增加，精度可能會降低，導致流量不穩(wěn)定。這會給小型零件和大型錐形設計帶來問題。為了緩解這個問題，必須降低打印速度，以防止熱量積聚導致翹曲。橡樹嶺國家實驗室(ORNL)提供了一種更高效的解決方案：它允許用戶在不影響質(zhì)量的前提下添加或停用小型擠出機。尤其值得一提的是，它支持在單個批次中同時打印多種材料，而無需更換設備。

這種方法可以將多種材料放置在同一個托盤上。

它是如何運作的？

ORNL的設計基于正在申請專利的噴嘴塊。這些噴嘴塊采用鋁青銅制成，以提高強度和導電性，其內(nèi)部設計可將來自平行擠出機的兩股熔融聚合物流熔合在一起。這種設計使系統(tǒng)能夠以多種配置大規(guī)模處理各種顆粒狀原材料。ORNL報告稱，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地將產(chǎn)量提高一倍，甚至可能提高三倍、四倍等等。該多路復用系統(tǒng)通過采用Y形噴嘴，簡化了擠出過程并顯著降低了中心孔隙率。

“該系統(tǒng)使較小的擠出機能夠在不增加重量的情況下達到大型系統(tǒng)的吞吐量，并實現(xiàn)前所未有的多材料擠出，有望重新定義擠出式增材制造，”領導該項目的橡樹嶺國家實驗室研究員哈利勒·特基納爾普(Halil Tekinalp)說。

除了Y形噴嘴外，研究人員還開發(fā)了一種獨特的噴嘴，能夠生成芯/殼結構（一種材料包裹另一種材料）。這項技術進步實現(xiàn)了兩種材料的精確組合，從而在單個零件中賦予其不同的機械和/或功能特性。制造商因此可以將復合材料芯材與增強的層間粘合力相結合，從而解決分層或?qū)娱g分離的問題，而這曾是聚合物增材制造領域的一大挑戰(zhàn)。

可能的應用

這項技術可用于多種應用。例如，它可以用于制造航空航天工業(yè)所需的抗沖擊面板或雷達吸波組件，以及用于國防用途的堅固輕便的掩體或防護面板。在能源領域，該方法可用于制造防火外殼或輕型模塊化結構，以及用于電池架或熱力發(fā)電系統(tǒng)的支撐結構。此外，它還可應用于土木工程項目，例如加固橋面、制造汽車保險杠和船體。

“這項創(chuàng)新為制造業(yè)開辟了新的前景，通過動態(tài)材料切換，可以實現(xiàn)復雜、高效且富有創(chuàng)意的設計，同時防止交叉污染，這意味著不同的材料保持純凈，不會意外混合，”該項目的另一位技術負責人維平·庫馬爾(Vipin Kumar)表示。

編譯整理：3dnatives