弗吉尼亚理工大学开发出新的微型多材料3D打印方法

近日，弗吉尼亚理工大学的一个研究小组开发出了一种新的微型3D打印方法，它使用原位树脂混合和机器人技术，以3D方式打印具有编程刚度的多种材料，而不会存在交叉污染等任何特性。研究人员称他们采用集成树脂传输的多材料可编程增材制造新方法，速度比普通的技术快5倍，它可以用于各种不同的应用，例如致动、飞机机翼结构、人造肌肉、柔性装甲、微型机器人等等。

向一个方向拉伸普通材料意味着它会在另一个方向收缩。但是，弗吉尼亚理工大学获得专利的多材料工艺和设计使得可以在建筑物中创建特定的模量（弹性）分布，从而允许在整个材料体内进行程序化收缩或膨胀，这被称为编程变形。

弗吉尼亚理工大学工程学院机械工程助理教授、Macromolecules创新研究院的成员Xiaoyu “Rayne” Zheng解释说，这种新的微型制造系统也可以升级至厘米级……甚至超过这个水平。

“我们使用这种新技术来创建具有编程刚度的材料。基本上，您可以编程3D模型分布的位置。通过编程，我们可以实现变形能力-在不同的方向上伸展和变形。”Zheng解释道。

“该技术是一种基于机器人的增材制造，一种集成流体系统，可以让我们提供不同的墨水（树脂）作为原料。这个过程也是自我清洁的，因此墨水之间不会发生交叉污染。“

此前，Zheng先生曾在纳米级的3D打印领域工作过。他表示，3D打印希望能够达到一个可以使用多种材料进行3D打印功能设备的水平，而无需依赖过多的额外构造，如焊接、工装、胶合和装配。

“实现这一目标需要我们将一系列不同特性的材料放入一个平台并连接起来，”Zheng解释道。“材料设计自由度的增加使我们能够在不改变材料的三维微观结构的情况下实现负向、正向零变形应变。”

据悉，该团队刚刚在科学报告杂志上发表了一篇关于他们创新的新型微型3D打印方法的论文。这种新方法使用机器人材料清洁系统，以便切换不同模量的材料而不会引起任何交叉污染；现场树脂混合、输送和交换也是新技术的特色。

与具有类似基材的传统3D打印材料相反，多材料超材料具有不同的刚性，例如，在3D晶格框架中一直脆弱到柔软的弹性体。这绝对是对当前3D打印方法的一种改变，在将复杂的三维体系结构与微米级分辨率结合使用时，其功能可能有限。

“我们设想这些可编程变形材料概念将在定向应变放大、致动、柔性电子器件以及具有定制刚度和韧性的轻量级超材料设计中找到应用。通过快速制造分布在微晶格结构内的不同材料成分提供的新材料设计空间，开辟了具有大的刚度变化的多材料3D打印的新维度。”Zheng说。

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