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Neue verformbare Düse kann 4D-Druckanwendungen revolutionieren

Ingenieure der University of Maryland (UMD) haben eine neue verformbare oder „verformbare“ 3D-gedruckte Düse entwickelt, die in der Advanced Materials Technology vom 5. Januar als Frontispiz bezeichnet wurde.

Die verformbare Düse des Teams bietet Forschern eine neue Methode zum 3D-Druck von „fasergefüllten Verbundwerkstoffen“. Materialien aus Kurzfasern können die besonderen Eigenschaften herkömmlicher 3D-gedruckter Teile verbessern, wie z. B. die Verbesserung der Teilefestigkeit oder der Leitfähigkeit. Die Herausforderung besteht darin, dass diese Eigenschaften auf der Richtung bzw. „Richtung“ der Kurzfasern basieren, die im 3D-Druckverfahren bisher nur schwer zu kontrollieren waren.

Neue verformbare Düse kann 4D-Druckanwendungen revolutionieren

Assistenzprofessor Ryan Sochol sagte: „Wenn verformende Düsen für den 3D-Druck verwendet werden, liegt die Kraft auf ihren Aktuatoren. Die Aktoren können sich wie ein Ballon ausdehnen, um die Form der Düse und damit die Richtung der Fasern zu ändern.“ UMD A. James Clark School of Engineering, PhD in Maschinenbau und Direktor des Bio-Inspired Advanced Manufacturing (BAM) Laboratory.

Um ihr neues Verfahren zu beweisen, haben die Forscher die aufkommende Anwendung „4D-Druck“ ins Visier genommen. David Bigio, Professor für Maschinenbau an der UMD, Co-Autor der Studie, sagte: „4D-Druck bezieht sich auf ein relativ neues Konzept von 3D-gedruckten Objekten, die entsprechend ihrer Umgebung umgeformt oder verformt werden können.“ „In unserer Arbeit haben wir Druck studiert. Die Ausdehnung des Teils nach dem Eintauchen in Wasser, insbesondere ob es möglich ist, das Ausdehnungsverhalten mit einer verformbaren Düse zu verändern.“

Die neuesten Fortschritte im 4D-Druck basieren auf Materialien, die in der Lage sind, „anisotrop“ zu quellen (in eine Richtung stärker zu quellen als in die andere) und „isotrop“ (in alle Richtungen gleich quellend) zu quellen. Leider erfordert das Umschalten zwischen diesen Bedingungen häufig, dass Forscher mit einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien drucken.

Connor Armstrong, der Hauptautor der Studie, sagte: „Das Spannende ist, dass wir festgestellt haben, dass ein gedrucktes Material allein durch die Änderung der Düsenform während des 3D-Druckprozesses zwischen anisotroper und isotroper Quellung wechseln kann.“ Armstrong hat dies entwickelt Methode in der MS-Thesenforschung der UMD.

Noah Todd, Mitautor der Studie und frischgebackener Maschinenbaustudent, sagt: „Wichtig ist, dass die Fähigkeit der Düse, sich zu verformen und sogar bei der Quellleistung zu punkten, nicht auf den 4D-Druck beschränkt ist.“ We Die Methode kann auf den 3D-Druck vieler anderer Verbundmaterialien angewendet werden, um ihre elastischen, thermischen, magnetischen oder elektrischen Eigenschaften anzupassen. “

Interessanterweise wandte sich das Team tatsächlich einer anderen 3D-Drucktechnologie namens „PolyJet Printing“ zu, um die verformbare Düse selbst zu bauen. Diese vom UMD Terrapin Works 3D-Druckzentrum bereitgestellte Multi-Material-Tintenstrahl-basierte Methode ermöglicht es Forschern, aufblasbare seitliche Aktuatoren und verformbare flexible Materialien des zentralen Kanals für 3D-Druckdüsen zu verwenden und dann die Schale und das starre Material des Schalen-3D-Drucks zu verwenden.

Der Koautor der Forschung und Doktorand im Maschinenbau, Abdullah Alsharhan, sagte: „Die Verwendung der Multimaterial-PolyJet-3D-Drucktechnologie ermöglicht es uns, Düsen mit einem bestimmten Leistungsbereich oder einer Reihe von Druckstufen zu entwickeln. Die Düse kann grundsätzlich in jedem Forschungslabor nachgebaut werden.“

In einer Anwendung dieser neuen Methode untersucht das Forscherteam den Einsatz seiner Strategie für biomedizinische Anwendungen, bei denen massenhaft gedruckte Objekte unter besonderer Stimulation des Körpers umgeformt werden können. Das Team befindet sich auch in Gesprächen mit mehreren Labors des Verteidigungsministeriums, um verformbare Düsen zur Unterstützung der Herstellung von Waffen für die Verteidigung und andere militärische Systeme einzusetzen.

„Indem Forschern eine zugängliche Möglichkeit zur Verfügung gestellt wird, die Faserorientierung und die endgültige Leistung von 3D-gedruckten fasergefüllten Verbundwerkstoffen bedarfsgerecht zu steuern“, sagte Sochol, „öffnet diese Arbeit die Tür zu neuen Anwendungen des 3D-Drucks. Nutzen Sie diese einzigartigen Materialeigenschaften und die einzigartigen Funktionen, die sie bieten.“

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