利用固體與液體混合物之新型噴墨3D列印方法

 

刊登日期:2022/7/27
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美國科羅拉多大學博爾德分校(CU Boulder)新開發了一項可將固體材料與液體材料予以混合後進行成型之3D列印手法。利用此項技術,將可望不再需要手動組裝零件,僅須按下按鈕即可3D列印出完整的機器人或是具伸縮性的電子醫療設備。

噴墨方式的3D列印設備係從噴頭噴出液滴並予以堆疊,液滴落下後立即暴露於紫外線下,並在1秒內變為固體。但有時亦有希望保持液體原樣而不使其凝固的狀況,例如使用液體或蠟在固體材料中形成小通道,然後將其從固體材料中去除。另有一種方法是以3D列印包含空洞的零件,但為了讓空洞完整呈現,通常需要相當多的時間與勞力,而且通道必須是相對單純的構造。

在此次研究中,科羅拉多大學提出了一項利用市售3D列印裝置以固體成分與液體成分製作出混合材料的方法。首先,研究團隊設計了一系列電腦模擬,對不同類型材料並列列印時的物理特性進行調查。而主要問題之一則在於即使固體材料液滴直接噴印在液體材料液滴的上方時,應該如何防止固體材料液滴與液體材料混合。

研究結果顯示,利用液體的表面張力將可用來支撐固體材料。但是,此現象與油漂浮在水上的原理相同,因此須選擇密度高於固體材料的液體材料才能實現此一狀態。研究小組隨後在實驗室中利用實際的3D列印裝置進行了實驗,並在3D列印裝置內置了做為固體的固化性聚合物與做為液體的標準清潔液。實驗結果顯示,利用液體可以形成類似於壓縮螺旋彈簧的螺旋構造,以及類似於人體肺臟般具有分叉通路的複雜通路網絡,而此類構造幾乎無法利用既有方法進行成形。

透過混合固體與液體的方式,將可望以3D列印裝置大規模生產出更柔軟且高度有用性的元件,例如固體基板內部結合了由液體製成線路的穿戴式電子機器,或是重現如同真實人體器官般具有柔軟觸感的模型。研究團隊表示,此項研究成果將可望更易於利用液體和固體實現多材料噴墨3D列印。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220627_print-a-robot.html
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