Tutkijat kehittävät muotoutuvia suuttimia, jotka voivat hallita kuitujen suuntaa 3D-tulostetuissa kohteissa

Kuitujen upotusta 3D-tulostettuihin esineisiin voidaan käyttää lisäämään näiden esineiden johtavuutta tai lisälujuutta. Nyt insinöörit ovat kehittäneet muotoutuvan tulostussuuttimen muuttamaan näiden kuitujen suuntaa tulostusprosessin aikana. Yleensä funktionaalisten materiaalien, kuten hiilen, lyhyet kuidut yksinkertaisesti sekoitetaan tulostusaineeseen ja sittenpurstetaan yhteen. Siksi he päätyvät yleensä satunnaiseen sotkuun suhteessa toisiinsa. Tämä on mahdollista joissakin sovelluksissa, mutta ei toteutettavissa muissa sovelluksissa.

Löytääkseen vaihtoehdon, jossa on enemmän hallintaa, Marylandin yliopiston insinöörit käyttivät "PolyJet-tulostusprosessia" luodakseen prototyypin tulostussuuttimesta, jossa on puhallettava toimilaite suuttimen puolella. Piirtämällä ilmaa valikoivasti sisään ja ulos suuttimen muoto muuttuu, mikä muuttaa kuidun suuntaa yksittäisessä tulostusvälineessa, jota se jatkuvasti ekstrutoi.

Laitteen testissä rakenne painettiin hiilimikrokuituja sisältävällä hydrogeelillä. Joillakin alueilla kuitujen suhteellisen satunnainen suunta saa materiaalin turpoamaan tasaisesti kaikkiin suuntiin, kun se imee vettä. Muilla alueilla kuidun suunta on suhteellisen yhtenäinen, jolloin materiaali laajenee yhteen suuntaan.

Tämä tekniikka voi löytää paikkansa alalla nimeltä "4D-tulostus", jossa 3D-tulostetut objektit muuttavat muotoaan vastauksena ulkoisiin ärsykkeisiin. Sitä voidaan käyttää myös perinteisemmissä 3D-tulostetuissa kohteissa, joilla on erilaiset elastiset, lämpö-, magneetti- tai sähköominaisuudet eri alueilla.

"Tarjoamalla tutkijoille helppokäyttöisen menetelmän 3D-tulostetuille kuitutäytteisille komposiittimateriaaleille ja kontrolloimalla heidän kuitusuuntaustaan tarpeen mukaan, mikä ohjaa heidän lopullista suorituskykyään, tämä työ avaa oven uusiin 3D-tulostuksen sovelluksiin, jotka hyödyntävät näitä ainutlaatuisia materiaaliominaisuuksia ja niiden saavuttamia ainutlaatuisia toimintoja", sanoi tutkimukseen osallistunut apulaisprofessori Ryan Sochol.

Connor Armstrongin johtama tutkimus julkaistiin hiljattain Advanced Materials Technology -lehdessä.