巨大转折点！全新可变形的喷嘴解决3D打印原材料特性难题

自从概念出现以来，3D打印就一直备受人们关注，随着技术的不断发展，3D打印应用的领域越来越多，这也导致了对3D打印产品的要求也越来越高。

为了使3D打印成品的性能达到的预期效果，满足其应用环境的需求，人们便在打印的过程中嵌入碳等功能性材料来增加最终成品的拉伸强度、导电性等特性，增加特性的程度取决于功能性材料的短纤维的方向性。

但此前的打印技术只能采用将碳等功能性材料的短纤维简单地混入打印介质中，然后与之一起被挤出的方式打印，这样的方式使得功能性材料会以相对于彼此的随机杂乱状态存在，导致其增加性能的效果大大降低。

一直以来，这个问题困扰了很多3D打印厂商。

图片来源：OFweek维科网

幸运的是，在刚刚过去的1月5日，马里兰大学的工程师们在《Advanced Materials Technologies》杂志的头版头条上发表了一篇论文，宣布他们研发了一种新的可以"变形"的3D打印喷嘴，可以很好的解决以这一问题，论文的标题为"MorphingNozzle 3D Printing: A 3D Printed Morphing Nozzle to Control Fiber Orientation during Composite Additive Manufacturing"。

全新可变形的打印喷嘴

为了控制3D打印成品中的纤维排列方向，使打印产品的性能达到的预期效果，马里兰大学的助理教授兼实验室主任Ryan D. Sochol和他的团队成员们提出了一种可以变形的喷嘴。

Ryan Sochol表示，"当使用变形喷嘴进行3D打印时，动力在于它们的侧面制动器，这些制动器可以像气球一样充气，以改变喷嘴的形状，进而改变纤维的方向。"

为了验证设想，研究人员将新兴的"4D打印"引入了研究当中。

4D打印与3D打印密切相关，指的是3-D打印对象可以根据其所处环境（如温度、湿度等）的改变自发的进行重塑或转换。

这种特征通常依赖于能够同时进行 "各向异性"膨胀的材料，即在不同方向上膨胀的程度不同，以及"各向同性"膨胀的材料，即在所有方向上膨胀程度相同，但如果想要从两种特性之间切换就需要更换不同的打印材料。

在本研究中，研究人员研究了打印部件在浸入水中时如何膨胀，同时尝试了是否可以通过使用变形喷嘴来改变膨胀行为。最后研究人员得出结论，只需在3D打印过程中改变喷嘴的形状，就可以使单一的打印材料在各向异性和各向同性膨胀之间转换。

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为了构建变形喷嘴本身，研发团队采用了一种不同的3D打印技术，即PolyJet打印，其技术的成型原理与3DP有点类似，但喷射的不是粘合剂而是树脂材料。

这种由UMD的Terrapin Works 3D打印中心提供的基于多材料喷墨的方法，使研究人员能够用柔性材料为充气侧执行器和形状变化的中央通道进行3D打印他们的喷嘴，而后又用刚性材料作为外壳和端口。

巨大转折点

据了解，变形喷嘴的变形能力和在膨胀特性方面的均分能力并不仅限于4D打印，还可以用于3D打印来生产许多其他复合材料，例如定制它们的弹性、热、磁或电性能。

“这款变形打印喷嘴为3D打印技术提供了新的可能性，这也会影响3D打印成品的性能。”Ryan Sochol对此表示。

目前，该团队正在探索如何利用他们的策略来实现生物医学应用，在这种应用中，大量印刷品可以在来自身体的特定刺激下重塑形状，这对于医学领域是一个重要突破。

由于受限于材料的种类，很多产品无法通过3D打印实现，而如今借助这种可变形的打印喷嘴，我们可以生产出各种原材料，实现很多此前无法定制的产品，这对于3D打印领域是一个巨大的转折点。

材料的特性可以定制化，将会进一步扩大3D打印技术的运用空间，使得3D打印技术给我们的生产、生活带来更大的便利。