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Forscher entwickeln verformbare Düsen, die die Richtung von Fasern in 3D-gedruckten Objekten steuern können

Jan 07, 2021

Das Einbetten von Fasern in 3D-gedruckte Objekte kann verwendet werden, um die Leitfähigkeit oder zusätzliche Festigkeit dieser Objekte zu erhöhen. Nun haben Ingenieure eine verformbare Druckdüse entwickelt, um die Richtung dieser Fasern während des Druckprozesses zu ändern. Im Allgemeinen werden kurze Fasern aus funktionstüchigen Materialien wie Kohlenstoff einfach in das Druckmedium gemischt und dann zusammen extrudiert. Daher enden sie in der Regel in einem zufälligen Durcheinander in Bezug auf einander. Dies ist für einige Anwendungen möglich, für andere Anwendungen jedoch nicht möglich.

3D printed

Um eine Alternative mit mehr Kontrolle zu finden, haben die Ingenieure der University of Maryland mit dem "PolyJet-Druck"-Verfahren eine Prototyp-Druckdüse mit einem aufblasbaren Aktuator an der Seite der Düse erstellt. Durch selektives Ein- und Ausziehen von Luft ändert sich die Form der Düse, wodurch die Richtung der Faser im einzelnen Druckmedium verändert wird, dass sie kontinuierlich extrudiert.


Im Test des Gerätes wurde die Struktur mit einem Hydrogel gedruckt, das Kohlenstoffmikrofasern enthält. In einigen Bereichen bewirkt die relativ zufällige Ausrichtung der Fasern, dass das Material gleichmäßig in alle Richtungen anschwillt, wenn es Wasser absorbiert. In anderen Bereichen ist die Faserrichtung relativ konsistent, wodurch sich das Material in eine Richtung ausdehnt.


Diese Technologie kann ihren Platz in einem Feld namens "4D-Druck" finden, in dem 3D-gedruckte Objekte ihre Form als Reaktion auf äußere Reize ändern. Es kann auch für traditionellere 3D-gedruckte Objekte verwendet werden, die unterschiedliche elastische, thermische, magnetische oder elektrische Eigenschaften in verschiedenen Bereichen haben.


"Durch die Bereitstellung einer zugänglichen Methode für 3D-Druckfaser-gefüllte Verbundwerkstoffe und die Kontrolle ihrer Faserorientierung nach Bedarf, wodurch ihre endgültige Leistung zu steuern, öffnet diese Arbeit die Tür für neue Anwendungen des 3D-Drucks, die diese einzigartigen Materialeigenschaften und die einzigartigen Funktionen nutzen, die sie erreichen", sagte Ryan Sochol, ein assoziierter Professor, der an dieser Forschung beteiligt war.


Ein Beitrag über diese Forschung unter der Leitung von Connor Armstrong wurde kürzlich in der Zeitschrift Advanced Materials Technology veröffentlicht.