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研究人員用3D打印技術開發新型緩沖材料
童程童美 2016-11-21
緩沖材料或填充材料在包裝和運輸行業中使用相當廣泛,經常被用在包裝中緩解沖擊和振動、抵抗壓力,保持相對定位等,可以說無所不在。
摘要緩沖材料或填充材料在包裝和運輸行業中使用相當廣泛,經常被用在包裝中緩解沖擊和振動、抵抗壓力,保持相對定位等,可以說無所不在。
目前緩沖材料和填充材料主要由凝膠或泡沫兩種材料制成,但是這兩種方法都有其缺點。凝膠的緩沖能力比較高,但其性能受溫度的影響比較大,而且它們相對較重。與此相反,泡沫重量更輕,具有更高的可壓縮性,但其性能變化不可預知,因為人們完全不能控制其形狀、大小、或內部氣泡的位置。
日前,美國Lawrence Livermore 國家實驗室(LLNL)的工程師和科學家共同合作,試圖開發出一種制造緩沖材料的全新方式。 他們的方法是在微觀尺度制造出一種材料,該材料具有一些可編程特性,可以通過一系列操作生成具有期望特征的結構。
這種新材料使用的是一種被稱為直接墨水書寫(direct ink writing)的3D打印技術制造的,該技術主要使用以硅膠為基礎的油墨,該油墨固化后能形成類似橡膠的材料。使用這種技術,LLNL的工程師能夠制造出具有受控的復雜結構的的材料,科學家們稱之為蜂窩彈性體。 這些有序多孔的材料能夠提升對材料的機械性能和定向屬性的控制,并增加了可預測建模能力。
LLNL的研究人員們目前能夠用兩種不同的方法制造這種緩沖材料:堆疊串聯配置(stacked inline configuration)或交錯配置(staggered configuration)。據天 工社了解,這兩種方法是用的材料是完全一樣的,甚至孔隙率水平也一樣,但它們對剪切和壓縮應力的反應非常不同。堆疊串聯配置的材料在壓力增大時表現得屈曲失穩,但在正常壓縮時其結構則更為剛性,而交錯配置的材料則是在正常壓縮時更柔軟,提高壓力時會彎曲變形。
目前,LLNL已經為該技術申請了專利。他們正在設計相應的生產設施,希望能使其進入商業化生產。此外,研究人員希望能夠繼續完善和改進該產品,并挖掘其其它的性能特性,以使其應用范圍更加廣泛。