Essentium和其他公司開發出用於各向同性3D列印的介電勢壘放電施加器

2020-05-18
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DBD增強的3D列印在活動的打印層上顯示出額外的熱量[來源:ACS]

研究人員,包括3D列印機製造商Essentium的研究人員,已經開發出一種獨特的方法,可以通過使用電等離子體來實現各向同性3D列印。

各向同性3D列印

各向同性3D列印是生產零件的金標準,因為它為給定的材料提供了最佳的強度。

典型的注塑件具有各向同性的特性;也就是說,零件的強度在各個方向上幾乎相同。注射成型可以實現這一點,因為熔融的熱塑性塑料在所有方向上均能很好地混合併固化成連續的塊。

這與3D列印完全不同,在3D列印中,這種效果僅在噴嘴中出現擠出束時才發生。在那條線中,我們發現了各向同性,但是這種擠壓必須連接到相鄰的層上。

這就是問題所在:材料擠出3D列印的最薄弱部分是層之間的粘合。如果您曾經將3D列印的零件置於機械應力下,那很可能會破裂:在層之間。

換句話說,材料擠出3D列印幾乎總是各向異性的,與各向同性相反。

3D列印介質阻擋放電施加器

DBD增強的3D列印。注意相對簡單的熱端添加[來源:ACS]

這項新的研究描述了一種使用介電勢壘放電施加器(DBD)來克服不良的層間鍵合的方法。DBD本質上是同心安裝在擠出噴嘴周圍的電極。

接下來要了解的是用於實驗的材料:這是一種包含碳納米管的複合材料。事實證明,碳納米管在一定頻率的電場下會通過強烈加熱而發生反應。

這個概念是當複合材料被擠壓時,它會遇到由DBD產生的電場。這導致材料內的碳納米管由於電阻加熱效應而迅速加熱,並且它們相應地加熱了材料的相鄰熱塑性組分。

然後,強力加熱的擠出以更大的強度粘結到前一層,遠遠超過常規材料擠出3D列印通常獲得的強度。

該研究論文將動作描述為“焊接”,這實際上是正在發生的事情。

顯然,研究人員花費了大量時間對DBD和材料的不同設置進行實驗,以確保成功粘合。他們使用先進的技術發現了一系列參數,以確保足夠的“溫度時間”以實現牢固的層粘結。

各向同性3D列印測試

增強DBD的3D列印正在測試中[來源:ACS]

但是生成的3D列印效果是否很強?

在有和沒有DBD效果的情況下,將測試試樣(狗骨頭)進行3D列印並進行測試。他們發現,經過DBD增強的印刷品的抗張強度提高了31%,實際上“在統計上等同於注塑件”。這是一個很大的發展。

DBD 3D列印

這種方法非常讓人聯想到Essentium先前在電增強型3D列印方面的工作在2017年,他們生產了“保險絲”燈絲,它利用噴嘴和打印床之間的電流產生的電阻產生額外的熱量。但是,這需要專用的3D列印硬件。

研究人員提到,他們以前已經以類似的方式對基於微波的加熱進行了實驗,但是發現微波硬件體積龐大,並且對於3D列印而言並不實用。

但是,DBD方法似乎是一個勝利者,因為它似乎是一種更實用的方法。

該論文的幾位作者來自Essentium,包括我們最近採訪過的 CEO Blake Teipel Essentium很有可能在其未來的設備中採用DBD方法,從而使其3D列印機能夠生產最終使用的完全各向同性的零件。

報導來源:https://www.fabbaloo.com/blog/2020/5/16/essentium-and-others-develop-dielectric-barrier-discharge-applicator-for-isotropic-3d-printing
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