橡树岭国家实验室正在开发一种用于单流、多材料3D打印的新型挤出系统

魔猴君  科技前沿   14天前

近来，多材料打印技术备受关注，这并非偶然。无论是制造商还是专业用户，这项技术都在飞速发展，从Bambu Lab和Prusa等公司推出的最新多材料桌面系统，到更多实验性方案，都展现出巨大的潜力。如今，橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员发布了一种全新的多材料3D打印解决方案。该系统采用多个挤出机，并通过一个专用喷嘴将多个挤出机组合成一股高流量的打印流。据ORNL称，该系统在保持与最大挤出机相同打印速度的同时，还具备更高的灵活性和精度。

该项目旨在解决大型挤出机性能不足的问题。首先，这些挤出机重量较大，需要更坚固、更昂贵的龙门架或机器人进行运输。其次，随着流量的增加，精度可能会降低，导致流量不稳定。这会给小型零件和大型锥形设计带来问题。为了缓解这个问题，必须降低打印速度，以防止热量积聚导致翘曲。橡树岭国家实验室(ORNL)提供了一种更高效的解决方案：它允许用户在不影响质量的前提下添加或停用小型挤出机。尤其值得一提的是，它支持在单个批次中同时打印多种材料，而无需更换设备。

这种方法可以将多种材料放置在同一个托盘上。

它是如何运作的？

ORNL的设计基于正在申请专利的喷嘴块。这些喷嘴块采用铝青铜制成，以提高强度和导电性，其内部设计可将来自平行挤出机的两股熔融聚合物流熔合在一起。这种设计使系统能够以多种配置大规模处理各种颗粒状原材料。ORNL报告称，该系统能够稳定地将产量提高一倍，甚至可能提高三倍、四倍等等。该多路复用系统通过采用Y形喷嘴，简化了挤出过程并显著降低了中心孔隙率。

“该系统使较小的挤出机能够在不增加重量的情况下达到大型系统的吞吐量，并实现前所未有的多材料挤出，有望重新定义挤出式增材制造，”领导该项目的橡树岭国家实验室研究员哈利勒·特基纳尔普(Halil Tekinalp)说。

除了Y形喷嘴外，研究人员还开发了一种独特的喷嘴，能够生成芯/壳结构（一种材料包裹另一种材料）。这项技术进步实现了两种材料的精确组合，从而在单个零件中赋予其不同的机械和/或功能特性。制造商因此可以将复合材料芯材与增强的层间粘合力相结合，从而解决分层或层间分离的问题，而这曾是聚合物增材制造领域的一大挑战。

可能的应用

这项技术可用于多种应用。例如，它可以用于制造航空航天工业所需的抗冲击面板或雷达吸波组件，以及用于国防用途的坚固轻便的掩体或防护面板。在能源领域，该方法可用于制造防火外壳或轻型模块化结构，以及用于电池架或热力发电系统的支撑结构。此外，它还可应用于土木工程项目，例如加固桥面、制造汽车保险杠和船体。

“这项创新为制造业开辟了新的前景，通过动态材料切换，可以实现复杂、高效且富有创意的设计，同时防止交叉污染，这意味着不同的材料保持纯净，不会意外混合，”该项目的另一位技术负责人维平·库马尔(Vipin Kumar)表示。

编译整理：3dnatives