普渡大學(xué)的研究表明，現(xiàn)在可以高精度3D打印像黏土或餅干面團(tuán)這樣非常粘稠的材料。隨著該技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，不久就可以用于陶瓷、固體火箭、醫(yī)藥、生物醫(yī)學(xué)植入物、食品等更多領(lǐng)域的定制生產(chǎn)。
研究人員展示粘稠材料3D打印（Credit：Purdue University photo/Jared Pike）
機(jī)械工程學(xué)院的助理研究員Emre Gunduz說：“最令人興奮的是，別人不能打印的材料，我們現(xiàn)在可以打印。我們可以通過3D打印定制不同材質(zhì)的食物和生物醫(yī)學(xué)植入物，如陶瓷質(zhì)地的牙冠。藥店可以根據(jù)每個病人的病情3D打印出個性化藥品，今后病人不再需要服用那么多藥丸，只服用一粒就可以藥到病除。”
普渡大學(xué)將高振幅的超聲波振動應(yīng)用到3D打印機(jī)的噴嘴上，解決了困擾3D打印機(jī)制造商多年的問題。目前業(yè)界的大多數(shù)解決方案都是改變材料的組成，但普渡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采取了完全不同的方法。
Gunduz說：“我們發(fā)現(xiàn)，通過特殊方式振動噴嘴可以減少材料與噴嘴壁的摩擦，材料就可以像蛇一樣游走噴射。”
普渡大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)能夠打印100微米精度的物品，并且同時保持高速打印。這要比大多數(shù)消費(fèi)級的3D打印機(jī)好得多。
Gunduz 還說：“3D打印最常見的形式是熱塑性擠出。對于樣機(jī)展示來說，熱塑性材料通常可以達(dá)到優(yōu)良效果；但對于實(shí)際的生產(chǎn)，我們大都需要使用高強(qiáng)度的材料，如陶瓷或含有大量固體顆粒的金屬復(fù)合材料。這些材料在熔融時非常粘稠，普通的3D打印機(jī)無法使用它們做打印材料，因?yàn)樗鼈儾荒芡ㄟ^小噴嘴被噴射出。”
由于3D打印使用的材料是不透明的并且被隱藏在噴嘴內(nèi)，因此很難將3D打印的過程可視化。于是，科研團(tuán)隊(duì)前往芝加哥郊外的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高速微觀X射線成像。這樣他們就能夠看到噴嘴內(nèi)部，并精確測量粘狀物質(zhì)的流量。
Gunduz 說：“這個結(jié)果振奮人心，因?yàn)閺膩頉]有人用這種方式來描述噴嘴內(nèi)的粘性流動情況。我們能夠以此量化流量，了解我們的實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是如何工作的。”
這項(xiàng)研究正在普渡大學(xué)的Zucrow實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室是全球最大的學(xué)術(shù)型噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。因此，正在探索的第一個實(shí)際應(yīng)用是固體火箭燃料。
普渡大學(xué)的航空航天學(xué)院博士生Monique McClain說：“固體推進(jìn)劑一開始黏度很大，就像餅干面團(tuán)的黏度一樣。但是采用了這種方法，我們就可以打印與傳統(tǒng)鑄造方法相當(dāng)?shù)墓腆w推進(jìn)劑。”
McClain通過打印兩厘米的試樣來測試燃燒，在高壓容器（每平方英寸高達(dá)1000磅）中點(diǎn)燃它們，并分析燃燒的慢視頻。
對于固體火箭燃料而言，3D打印可以定制火箭的幾何外形并改變其燃燒狀態(tài)。McClain說：“我們或許希望某些部位燃燒得更快或更慢，或者某些東西在中心的燃燒速度比周邊快。我們可以用3D打印的方式更精確地控制局部燃燒速度。”
