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          三維打印新型智能材料的研究現狀簡介

          來源:杰呈3D打印 發布時間:2021/7/13 11:12:19 瀏覽次數:14
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          目前,3D打印已經廣泛應用于工業領域。3D打印一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術,該技術最早在20世紀80年代中期由美國提出。3D打印建模實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。3D掃描在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型,后逐漸用于一些產品的直接制造,對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響,是制造業有代表性的顛覆性技術。隨著技術的不斷進步和發展,3D打印材料的性能不斷提高,價格不斷下降;目前主流3D打印技術:FDM、SLA、SLM分別使用ABS和PLA光敏樹脂;尼龍粉;金屬粉。但是除了這些現在已經成為主流的3D打印材料之外,還有哪些3D打印材料正在研究中,未來可能成為主流?下面尹夢媛邊肖就給大家簡單介紹一下。

          1.1 3D打印電活性研究聚合物復合材料

          電活性高分子材料是一種新型的柔性功能材料,在電場作用下可以發生很大的尺寸或形狀變化,是智能材料的一個重要分支。

          1.1.1 3D打印IPMC

          Ipmc 是通過在離子交換膜的兩個表面上制備電極而形成的復合材料。在外加電壓的作用下,材料中的離子和水分子聚集在電極的一側,導致電極的質量和電荷分布不平衡,使材料發生宏觀彎曲變形。傳統方法制備的 ipmc 材料大多為片狀,由于傳統方法的局限性,難以制備形狀復雜的智能化 ipmc 材料。

          埃文·馬龍和霍德·利普森于2006年首次提出通過3D打印技術制造三層和五層IPMC智能材料。該研究組以Nafion溶液、乙醇和水的混合溶液作為印刷IPMC矩陣的前驅體材料,以銀微粒和Nafion溶液的混合溶液作為IPMC電極材料。首先,通過3D打印硅膠材料制備立方體硅膠容器,然后通過噴嘴逐點固化電極-Nafion基體-電極三層結構。3D打印制備的硅膠容器作為下一個3D打印IPMC的支撐,防止噴嘴噴出的液體在固化前流動,影響IPMC的制備。為了減少溶液的揮發,延長IPMC智能材料的使用壽命,馬龍課題組在三層結構的IPMC 3D打印的基礎上進行了改進,打印固化了一層低導電率的電極保護層,該層電極保護層采用的是醇c熱(zeon chemicals l.p .)材料,不會被水滲透。3D打印制造的五層IPMC,可以將解決方案密封在IPMC,有效延長使用壽命。圖1是通過3D打印制備的結構示意圖和IPMC。

          盡管我們采用3D打印信息技術可以制備出的片狀IPMC與傳統文化工藝制備出的片狀IPMC在性能上具有影響較大發展差距,但是通過這種新的IPMC智能建筑材料3D打印技術為制造復雜形狀IPMC三維結構設計奠定了基礎,使今后直接增材制造制造任意形狀IPMC智能產業結構已經成為學生可能。


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