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《美国约翰霍普金斯大学开发体素界面3D打印技术，解决了3D打印易产生的界面缺陷问题》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2024-12-16

  • 转自全球技术地图

    据Tech Xplore12月12日的消息，美国约翰霍普金斯大学研究人员开发体素界面3D打印(VI3DP)技术，解决了3D打印技术的界面缺陷问题。3D打印层间界面容易产生缺陷，限制了3D打印产品的功能。研究人员使用VI3DP技术，当主喷嘴沉积材料时，周围环绕的四个附加喷嘴会在其顶部添加一层不同材料的薄膜。这样就可以在单材料和多材料打印中控制每条3D打印线之间的界面，从而无需使用多个打印头，也不会在物体上产生不必要的缝隙或特征。此外，研究人员还展示将光学、机械和电气特性集成到界面中，且不会增加重量、时间或成本。相关研究成果发表在《Advanced Materials》期刊。

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2024-12-3d-biggest-flaw-smartest-feature.html
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  • 《利用3D打印 惠普为NASA开发零重力2D打印机》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-11-07
    • 距离第一台3D打印机送到国际空间站已经三年了，这成为有史以来第一台进入太空的3D打印机。但国际空间站上的宇航员已经在空间上使用2D打印机有很长一段时间。国际空间站从一开始就有2D打印机。宇航员使用它们打印从关键任务信息到家庭照片的所有内容。空间站上有两台打印机，一台在美国，另一台在俄罗斯。 问题是，国际空间站不仅在2000年开始使用打印机，而且从2000年开始使用相同的打印机。不是完全相同的机器，而是同一机型-惠普的Epson800喷墨打印机。 国际空间站计算机资源部经理Stephen Hunter说：“这是一个博物馆。 Hunter在过去的两年里一直致力于更新ISS的办公技术，而惠普已经帮助提供了新的第二代Z-Book笔记本电脑，所以NASA再次向他们求助，以获得新的打印机。说起来容易做起来难，因为打印机整体上不适合微重力，耗电量大，而且碳粉尘等元素无法在环境中生存。 NASA希望打印机具有阻燃和能源效率，可以在零重力下打印和处理纸张管理，并且可以在打印过程中处理墨水浪费。 “我们不能放弃这样做的机会。”惠普成像、打印和解决方案业务总裁Enrique Lores说：“这是一个难以置信的技术挑战。” 由于国际空间站上的电力是由太阳能电池板产生的，因此必须仔细管理电力消耗，并考虑到几个零重力问题。例如，打印机通常会在打印时存储一些额外的墨水。通常情况下，墨水留在打印机或页面上，最终干燥。但是在零重力的情况下，墨水会漂浮在可吸入或污染实验的地方。纸张也需要以某种方式被压下，以免浮起或堵塞打印机。 惠普推荐使用HP Envy 5600，但需要进行一些重大修改。惠普和美国国家航空和航天局的成员一起工作，找出打印机的哪些部件会受到零重力的影响，以及如何改变打印机。例如，打印机支架从一根杆上悬挂下来，并通过重力拉到位。这在国际空间站上是行不通的，所以惠普提出了一个可以完成重力作用的机制。 3D打印起了作用，因为惠普使用这项技术创造了复杂的新零件 - 这不是公司第一次将自己的3D打印功能用于增强自己的打印机，包括Multi Jet Fusion 3D打印机和2D喷墨打印机。例如，构成Envy打印机输出托盘的多个部件是3D打印的，使得该部件更加灵活轻便。他们甚至使用了一种实验性的新材料，一种填充了玻璃珠的尼龙，这种材料的开发加快了这个项目的使用。特种打印系统工程总监Pat Harnett表示：“这是我们能够将所有努力作为一个惠普整合的展示。” 此外，惠普和美国国家航空航天局删除了打印机的传真、扫描和复印功能，使其更轻巧。他们增加了几个紧固件，用耐火塑料代替了外壳，并在打印井中加入了吸收材料，以吸收多余的油墨。最终的结果是惠普Envy零重力打印机，一个定制的机器，将在零重力环境下执行任务。 Lores说：“通过惠普SPS团队的创造性创造力和惠普的MultiJet Fusion 3D打印技术，我们能够设计和生产复杂的零件，确保HP ENVY Zero-Gravity打印机能够成功满足NASA的所有要求。” NASA计划通过Space-X14火箭在2018年2月再次向国际空间站发送两台打印机。 3D MJS实验室首席技术员Ben Moore说：“最令人兴奋的部分还在后面，当我们完成后，可以把这个东西送到太空。” 美国国家航空航天局和惠普已经创造了大约50台经过调整的Envy打印机，并期望每个打印机都能维持两年左右的时间。
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  • 《美国研发新型3D打印工艺》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-09-11
    • 增材制造或称3D打印会采用数字化制造工艺，生产既轻又坚固的部件，而且无需采用特殊模具进行生产。在过去十年间，3D打印以每年超20%的增长率快速增长，用金属和工程聚合物打印出飞机部件、汽车部件、医疗和牙科植入物等各种部件。其中，选择性激光烧结(SLS)是最常用的制造工艺之一，可以利用激光将微米大小的材料粉末打印出部件：激光将颗粒加热至一定的温度，再熔合成固体。 据外媒报道，美国哥伦比亚大学工程和应用科学学院(Columbia University School of Engineering and Applied Science)创新(机械工程)系James和Sally Scapa教授Hod Lipson表示：“增材制造是经济恢复的关键，但问题是，SLS技术一次只能打印一种材料：整个部件都由一种粉末制成。那么，有多少产品是仅由一种材料制成的呢？这一点限制了该工艺的发展。” 为了解决这一挑战，Lipson与其手下的博士生John Whitehead利用在机器人技术方面的专业知识研发了一种新方法以克服SLS技术的局限性。通过将激光倒置，让其指向上方，研究人员研发了一种方法，让SLS技术可以同时使用多种材料生产部件。 一般而言，选择性激光烧结(SLS)技术会采用一个指向下方加热打印床的激光，将材料颗粒熔合在一起。一个固体打印物就是由下至上打印而成的，打印机上均匀地放一层粉末，并利用激光选择性地熔合这一层粉末中的一些材料。然后，打印机在第一层上沉积第二层粉末，激光将新材料熔合到前一层的材料上，持续这一过程直到完成部件。 如果在打印时只采用一种材料，SLS工艺会效果很好。但是在单次打印中采用多种材料极具挑战性，因为一旦粉末层沉积在打印床上，就不能被移开，或者被另一种粉末取代。 此外，在标准的打印机中，因为每一层放置的材料都是一样的，未熔合在一起的材料会让人看不清正在打印的物体，直到打印循环结束移开完成打印的部件才能看到。这也意味着，在打印完成之前，并不一定能够发现打印失败了，从而会浪费时间和金钱。 研究人员决定找到一种完全不需要粉末打印床的方法。他们设置了多个透明的玻璃板，在每个板上都涂有一层薄薄的不同类型的塑料粉末。然后，将一个打印平台放在其中一种粉末表面上方，引导一束激光从底面向上穿过底部。该工艺根据虚拟蓝图，可以选择性地将打印平台上的一些粉末以预先编程好的模式烧结。然后，该平台被熔融材料抬高，移到另一个涂有不同粉末的平板上，再重复这一过程。整个工艺可以让不同的材料要么合并成一层，要么堆叠在一起。与此同时，旧的、用过的平板又不断被填满粉末。 研究人员展示了其打印的产品原型，用平均层高43.6微米的热塑性聚氨酯(TPU)粉末打造了一个50层厚、2.18毫米的样品，还用平均层高71微米的多材料尼龙和TPU打印出部件。此类部件既证明了该工艺的可行性，也证明了在烧结过程中通过向悬挂部件挤压平板，可以打造出更坚固、更致密的材料。 现在，研究人员还在利用金属粉末和树脂进行实验，以便直接制成比用SLS系统制成的种类更多的机械、电气和化学部件。
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